摘要:三峽工程自2003年建庫(kù)以來(lái),通過(guò)科學(xué)調(diào)度,防洪調(diào)度水平不斷優(yōu)化,發(fā)揮了巨大的防洪作用。根據(jù) 三峽水庫(kù)多年實(shí)際調(diào)度經(jīng)驗(yàn)及科研成果,2019年對(duì)三峽樞紐調(diào)度規(guī)程進(jìn)行修編,防洪調(diào)度細(xì)則得到進(jìn)一步優(yōu) 化。依據(jù)1881~2015年宜昌站還原流量數(shù)據(jù),對(duì)比分析了新舊調(diào)度規(guī)程下三峽水庫(kù)防洪、發(fā)電、航運(yùn)效益。 結(jié)果表明,根據(jù)新調(diào)度規(guī)程開(kāi)展防洪調(diào)度,在不增加防洪風(fēng)險(xiǎn)的前提下,水庫(kù)多年平均攔洪量增加16.36× 10 8m 3,其中因中小洪水調(diào)度增加7.0×10 8m 3,因城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度增加9.36×10 8m 3;汛期時(shí)新調(diào)度規(guī)程 較原調(diào)度規(guī)程多年平均發(fā)電量可提高1.24%,同時(shí)可增加35000m 3/s以下通航時(shí)長(zhǎng)1.4d,提高了航運(yùn)效益。
關(guān)鍵詞:三峽樞紐工程;防洪綜合效益;新調(diào)度規(guī)程;科學(xué)調(diào)度
1 引言
水庫(kù)調(diào)度規(guī)程是水利樞紐調(diào)度運(yùn)行管理的基 本依據(jù),以調(diào)度規(guī)程為依據(jù)開(kāi)展水庫(kù)調(diào)度能綜合 考慮各方面需求,充分發(fā)揮樞紐的綜合效益[1]。 隨著三峽上游梯級(jí)水庫(kù)不斷建成投運(yùn)[2]及水庫(kù)調(diào) 度需求的提高,三峽樞紐工程現(xiàn)有的調(diào)度條件發(fā) 生了較大變化,依據(jù)原有調(diào)度規(guī)程難以適應(yīng)梯級(jí) 水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度的需求[3]。因此,通過(guò)研究-實(shí)踐總結(jié)-固化-再實(shí)踐的科學(xué)研究應(yīng)用體系,對(duì)三 峽水利樞紐調(diào)度規(guī)程開(kāi)展修編工作,對(duì)進(jìn)一步推 動(dòng)新形勢(shì)下三峽工程科學(xué)調(diào)度、在確保樞紐工程 安全的前提下進(jìn)一步充分發(fā)揮樞紐的綜合效益有 著重要意義。
《三峽(正常運(yùn)行期)—葛洲壩水利 樞紐梯級(jí)調(diào)度規(guī)程(2015年版)》修編工作于2019 年開(kāi)始,修訂版調(diào)度規(guī)程已于2020年7月獲水利 部批準(zhǔn)。新調(diào)度規(guī)程修訂了水庫(kù)防洪調(diào)度規(guī)則中 的水位、流量等方面。為探究新調(diào)度規(guī)程下三峽 水庫(kù)防洪調(diào)度的優(yōu)化效果,本文采用歷史徑流資 料模擬計(jì)算,對(duì)比分析了新舊調(diào)度規(guī)程下汛期水 庫(kù)在防洪、發(fā)電、航運(yùn)等方面的綜合效益,以充分 開(kāi)發(fā)利用三峽工程的防洪能力。 2 三峽水庫(kù)汛期調(diào)度方式對(duì)比分析調(diào)度規(guī)程經(jīng)修編后,三峽水庫(kù)汛期調(diào)度方式 進(jìn)一步得到優(yōu)化調(diào)整,將更有利于促進(jìn)三峽工程 的防洪效益充分發(fā)揮。修編后的三峽水庫(kù)汛期調(diào) 度方式主要做了三方面調(diào)整。
(1)汛期運(yùn)行水位浮動(dòng)上限提高(調(diào)整 1)。 由于1~3d三峽入庫(kù)流量和水量、下游控制站沙 市城陵磯水位預(yù)報(bào)精度均達(dá)到最高甲級(jí),主汛期 水庫(kù)將庫(kù)水位浮動(dòng)上限由原有調(diào)度規(guī)程的146.5 m 提升至新調(diào)度規(guī)程中的148m,后汛期三峽水 庫(kù)水位可適當(dāng)上浮,一般不超過(guò)150.0m;結(jié)合防 洪抗旱形勢(shì)需要,9月1日后可逐漸抬升水位,9 月10日可控制在150.0~155.0m。一旦預(yù)報(bào)上 游來(lái)水較大或中下游防洪形勢(shì)將緊張,水庫(kù)可根 據(jù)預(yù)報(bào)情況提前預(yù)泄,將庫(kù)水位降至安全水位以 下,不會(huì)增加下游防洪風(fēng)險(xiǎn)。水位浮動(dòng)上限提高 可提高防洪、發(fā)電、生態(tài)效益,提高樞紐調(diào)度靈活 性和電網(wǎng)安全性。
(2)兼顧城陵磯地區(qū)防洪補(bǔ)償調(diào)度方式(調(diào)整 2)。調(diào)度實(shí)踐發(fā)現(xiàn),城陵磯地區(qū)防洪需求頻繁且 需求量大。因此,在上游溪洛渡、向家壩梯級(jí)預(yù)留 一定防洪庫(kù)容時(shí),三峽對(duì)城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度水 位可由155m 提升至158m。此提高不影響三峽對(duì)荊江河段及上游重慶等地區(qū)防洪作用,同時(shí)可 顯著提高城陵磯地區(qū)防洪作用[4]。
(3)中小洪水調(diào)度方式進(jìn)一步明確(調(diào)整3)。在實(shí)際防洪運(yùn)用中,三峽水庫(kù)近60%實(shí)施的是中 小洪水調(diào)度,中小洪水調(diào)度需求巨大[5,6]。而在 原規(guī)程中,僅原則性界定“在有充分把握保障防洪 安全時(shí),三峽水庫(kù)可以相機(jī)進(jìn)行中小洪水調(diào)度”。 因此,在新調(diào)度規(guī)程中,明確提出當(dāng)沙市站水位即 將超警時(shí),三峽水庫(kù)可相機(jī)攔洪削峰,調(diào)洪最高水 位一般按不超過(guò)148m 控制,當(dāng)上游及洞庭湖地 區(qū)防洪壓力較小時(shí),可進(jìn)一步提高至150m;當(dāng)城 陵磯(蓮花塘)站水位將超過(guò)警戒水位時(shí),三峽水 庫(kù)可相機(jī)攔洪削峰,減輕城陵磯地區(qū)防洪壓力,調(diào) 洪最高水位一般按不超過(guò)148m 控制。
3 防洪調(diào)度方式模擬分析
根據(jù)新調(diào)度規(guī)程的修訂內(nèi)容,在三峽水庫(kù)遭 遇百年一遇洪水時(shí),能確保長(zhǎng)江中下游地區(qū)防洪 安全的前提下,通過(guò)模擬計(jì)算中小洪水調(diào)度方式、 提高對(duì)城陵磯地區(qū)的防洪補(bǔ)償控制的調(diào)度方式, 對(duì)比分析新調(diào)度規(guī)程、舊調(diào)度規(guī)程防洪調(diào)度方式 優(yōu)化后的防洪綜合效益變化情況。影響較大、三峽流量-城陵磯水位關(guān)系復(fù)雜,統(tǒng)計(jì) 建庫(kù)以來(lái),城陵磯水位與三峽水庫(kù)出庫(kù)流量的關(guān) 系。經(jīng)分析,城陵磯水位不超保證水位時(shí),三峽最 大出 庫(kù) 流 量 為 44200 m 3/s,因 此 選 取 44000 m 3/s作為水庫(kù)控制下泄流量,以統(tǒng)計(jì)城陵磯不超 保證水位時(shí),三峽水庫(kù)可攔蓄的最小洪量。
3.2 水庫(kù)防洪調(diào)度方式
采用分級(jí)調(diào)度方式。水庫(kù)從實(shí)際運(yùn)行水位起 調(diào),依據(jù)新、舊調(diào)度規(guī)程控制水位上限要求及防洪 調(diào)度約束條件控制出庫(kù)流量,展開(kāi)中小洪水調(diào)度 及城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度。
(1)原調(diào)度規(guī)程調(diào)洪演算。在沙市、城陵磯水 位不超警戒水位的前提下,對(duì)55000 m 3/s以下 中小洪水進(jìn)行調(diào)度。當(dāng)調(diào)洪水位即將超過(guò)146.5 m 時(shí),加大出庫(kù)流量,控制水庫(kù)水位維持在146.5 m;在三峽水庫(kù)尚不需為荊江河段防洪大量蓄水, 而城陵磯水位即將超過(guò)長(zhǎng)江干流堤防設(shè)計(jì)水位 時(shí),三峽水庫(kù)為城陵磯地區(qū)攔蓄洪水。當(dāng)調(diào)洪水 位即將超過(guò)155 m 時(shí),加大出庫(kù)流量,控制水庫(kù) 水位維持在155m,水庫(kù)水位超過(guò)防洪補(bǔ)償水位 上限后,按調(diào)度規(guī)程轉(zhuǎn)為對(duì)荊江河段防洪。
(2)新調(diào)度規(guī)程調(diào)洪演算。在沙市、城陵磯水 位不超警戒水位的前提下,對(duì)55000 m 3/s以下 的中小洪水進(jìn)行調(diào)度。當(dāng)調(diào)洪水位即將超過(guò)148 m 時(shí),加大出庫(kù)流量,控制水庫(kù)水位維持在 148 m;在沙市水位不超警戒、城陵磯水位即將超保的 前提下,假定溪洛渡、向家壩與三峽對(duì)城陵磯開(kāi)展 聯(lián)合防洪補(bǔ)償調(diào)度[7]。當(dāng)調(diào)洪水位即將超過(guò)158 m 時(shí),加大出庫(kù)流量,控制水庫(kù)水位維持在 158 m,水庫(kù)水位超過(guò)158m 后,按規(guī)程要求轉(zhuǎn)為對(duì)荊江河段防洪。
4 模擬結(jié)果與分析
4.1 分級(jí)控制模擬調(diào)度效益
選取宜昌站1881~2015年還原流量數(shù)據(jù),以 6月10日~9月10日汛期作為計(jì)算時(shí)段,按分級(jí) 調(diào)度原則,進(jìn)行調(diào)洪演算。
4.1.1 防洪效益模擬結(jié)果
為分析新、舊調(diào)度規(guī)程在防洪效益方面的差 異,以水庫(kù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),計(jì)算水庫(kù)開(kāi)展中 小洪水調(diào)度和城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度時(shí),新調(diào)度規(guī) 程較舊調(diào)度規(guī)程增加的攔洪量,作為新調(diào)度規(guī)程 增加的防洪效益。與原調(diào)度規(guī)程相比,在新調(diào)度規(guī) 程運(yùn) 行 條 件 下,水 庫(kù) 多 年 攔 洪 量 增 加 16.36× 10 8m 3,其 中 中 小 洪 水 調(diào) 度 攔 洪 量 增 加 7.0× 10 8m 3,較三峽水庫(kù)多年平均攔洪量增加3.7%。 按當(dāng)前較可靠的3d預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期,7×10 8m 3 相當(dāng) 于減少三峽水庫(kù)日均下泄流量2700m 3/s,降低 三峽水庫(kù)下游水位0.5m 以上;城陵磯防洪補(bǔ)償 調(diào)度增加攔洪量9.36×10 8m 3。據(jù)統(tǒng)計(jì),86.7% 的歷史來(lái)流條件下,新調(diào)度規(guī)程防洪效益較原調(diào) 度規(guī)程有所提高,其中74%的歷史來(lái)流條件下, 水庫(kù)調(diào)洪水位可達(dá)158m 以上,對(duì)應(yīng)水庫(kù)攔洪量 可增加20.076×10 8m 3。
4.1.2 發(fā)電效益模擬結(jié)果
根據(jù)分級(jí)調(diào)度原則計(jì)算新、舊調(diào)度規(guī)程下不 同運(yùn)行水位上限對(duì)應(yīng)的電站汛期發(fā)電量,一旦水 庫(kù)運(yùn)行條件超過(guò)中小洪水調(diào)度及城陵磯防洪補(bǔ)償 調(diào)度條件,即轉(zhuǎn)為對(duì)荊江河段進(jìn)行防洪,不會(huì)影響 初步設(shè)計(jì)規(guī)定的樞紐標(biāo)準(zhǔn)洪水防洪安全。 經(jīng)分析,受不同年份來(lái)水情況影響,發(fā)電效益 有所不同,由于新調(diào)度規(guī)程適當(dāng)提高水庫(kù)運(yùn)行水 位,水頭增加,耗水率降低,汛期總發(fā)電量有所增 加。新調(diào)度規(guī)程較舊調(diào)度規(guī)程可增加多年平均發(fā)電量3.66×10 8kW·h,較三峽水庫(kù)汛期多年平 均發(fā)電量增加1.24%。
4.1.3 航運(yùn)效益模擬結(jié)果
根據(jù)三峽-葛洲壩兩壩間船舶通航流量的要 求,按小于35000、35000~45000 m 3/s及大于 45000m 3/s三個(gè)等級(jí)分別統(tǒng)計(jì)船閘通航率變化 情況[8]。據(jù)統(tǒng)計(jì),汛期庫(kù)水位低于158m 時(shí),新調(diào) 度規(guī)程較舊調(diào)度規(guī)程增加兩壩間35000m 3/s以 下通航時(shí)長(zhǎng)1.4d,減少35000~45000m 3/s調(diào) 度時(shí)長(zhǎng)1.2d,減少 45000 m 3/s以上調(diào)度時(shí)長(zhǎng) 0.8d。雖然增加通航時(shí)間有限,但在當(dāng)前航運(yùn)主 管機(jī)構(gòu)要求全年全時(shí)段通航的情況下,1.4d可 通過(guò)船舶近200艘,對(duì)于緩解汛期兩壩間船舶積 壓?jiǎn)栴}具有重要意義。
4.2 防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析
4.2.1 中小洪水調(diào)度防洪風(fēng)險(xiǎn)分析
(1)荊江河段防洪風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《金沙江溪洛 渡、向家壩水庫(kù)與三峽水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度研究》的研究 成果,選取百年一遇洪水(1982年型的1%頻率) 進(jìn)行調(diào)洪演算,結(jié)果表明,從158m 開(kāi)始起調(diào),在 溪洛渡、向家壩水庫(kù)配合作用下,三峽水庫(kù)最高調(diào) 洪水位為171m,不影響荊江防洪標(biāo)準(zhǔn)。(2)城陵磯地區(qū)防洪風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于 1968、1999 年等上中游型大洪水進(jìn)行調(diào)洪演算,結(jié)果表明,從 148m 開(kāi)始起調(diào),在上游水庫(kù)配合作用下,三峽水 庫(kù)可按158 m 控制,城陵磯地區(qū)不會(huì)分洪,對(duì)城 陵磯地區(qū)防洪風(fēng)險(xiǎn)是可控的。
4.2.2 城陵磯防洪補(bǔ)償風(fēng)險(xiǎn)分析
(1)庫(kù)區(qū)淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)分析。當(dāng)水庫(kù)從155m 起 調(diào)時(shí),回水末端將上延約3.7km,原末端處(彈子 田)水位抬高約0.1m,對(duì)回水影響不大。當(dāng)水庫(kù) 從158m 開(kāi)始起調(diào)時(shí),遇20年一遇洪水庫(kù)區(qū)回水 最高僅超出約0.4m,淹沒(méi)地區(qū)均為臨時(shí)泊位設(shè) 施,無(wú)重要設(shè)施或防洪保護(hù)對(duì)象。因此,城陵磯防 洪補(bǔ)償帶來(lái)的庫(kù)區(qū)淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)較小,在可接受的范 圍內(nèi)。 (2)下游防洪風(fēng)險(xiǎn)分析。經(jīng) 計(jì) 算,從 158 m 起調(diào),當(dāng)水庫(kù)遇百年一遇洪水時(shí)最高調(diào)洪高水位 不超過(guò)171m,可保證荊江地區(qū)不分洪。
5 結(jié)論
a.與原調(diào)度規(guī)程相比,新調(diào)度規(guī)程中小洪水 調(diào)度多年平均攔洪量增加7.0×10 8m 3,城陵磯防 洪補(bǔ)償調(diào)度多年平均攔洪量增加9.36×10 8m 3。 b.運(yùn)行水位上限的提高可降低水庫(kù)耗水率,汛期多年平均發(fā)電量可提高1.24%,同時(shí)可增加 35000m 3/s以下通航時(shí)長(zhǎng)1.4d,提高航運(yùn)效益。 c.梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度潛力巨大,隨著上游烏 東德、白鶴灘等巨型電站建成,應(yīng)積極開(kāi)展梯級(jí)水 庫(kù)聯(lián)合調(diào)度,充分發(fā)揮水庫(kù)聯(lián)調(diào)的防洪效益。
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作者：龔文婷,邢 龍,胡 挺,王 海,張楠男
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