摘要:三峡工程自2003年建库以来,通过科学调度,防洪调度水平不断优化,发挥了巨大的防洪作用。根据 三峡水库多年实际调度经验及科研成果,2019年对三峡枢纽调度规程进行修编,防洪调度细则得到进一步优 化。依据1881~2015年宜昌站还原流量数据,对比分析了新旧调度规程下三峡水库防洪、发电、航运效益。 结果表明,根据新调度规程开展防洪调度,在不增加防洪风险的前提下,水库多年平均拦洪量增加16.36× 10 8m 3,其中因中小洪水调度增加7.0×10 8m 3,因城陵矶防洪补偿调度增加9.36×10 8m 3;汛期时新调度规程 较原调度规程多年平均发电量可提高1.24%,同时可增加35000m 3/s以下通航时长1.4d,提高了航运效益。
关键词:三峡枢纽工程;防洪综合效益;新调度规程;科学调度
1 引言
水库调度规程是水利枢纽调度运行管理的基 本依据,以调度规程为依据开展水库调度能综合 考虑各方面需求,充分发挥枢纽的综合效益[1]。 随着三峡上游梯级水库不断建成投运[2]及水库调 度需求的提高,三峡枢纽工程现有的调度条件发 生了较大变化,依据原有调度规程难以适应梯级 水库联合调度的需求[3]。因此,通过研究-实践总结-固化-再实践的科学研究应用体系,对三 峡水利枢纽调度规程开展修编工作,对进一步推 动新形势下三峡工程科学调度、在确保枢纽工程 安全的前提下进一步充分发挥枢纽的综合效益有 着重要意义。
《三峡(正常运行期)—葛洲坝水利 枢纽梯级调度规程(2015年版)》修编工作于2019 年开始,修订版调度规程已于2020年7月获水利 部批准。新调度规程修订了水库防洪调度规则中 的水位、流量等方面。为探究新调度规程下三峡 水库防洪调度的优化效果,本文采用历史径流资 料模拟计算,对比分析了新旧调度规程下汛期水 库在防洪、发电、航运等方面的综合效益,以充分 开发利用三峡工程的防洪能力。 2 三峡水库汛期调度方式对比分析调度规程经修编后,三峡水库汛期调度方式 进一步得到优化调整,将更有利于促进三峡工程 的防洪效益充分发挥。修编后的三峡水库汛期调 度方式主要做了三方面调整。
(1)汛期运行水位浮动上限提高(调整 1)。 由于1~3d三峡入库流量和水量、下游控制站沙 市城陵矶水位预报精度均达到最高甲级,主汛期 水库将库水位浮动上限由原有调度规程的146.5 m 提升至新调度规程中的148m,后汛期三峡水 库水位可适当上浮,一般不超过150.0m;结合防 洪抗旱形势需要,9月1日后可逐渐抬升水位,9 月10日可控制在150.0~155.0m。一旦预报上 游来水较大或中下游防洪形势将紧张,水库可根 据预报情况提前预泄,将库水位降至安全水位以 下,不会增加下游防洪风险。水位浮动上限提高 可提高防洪、发电、生态效益,提高枢纽调度灵活 性和电网安全性。
(2)兼顾城陵矶地区防洪补偿调度方式(调整 2)。调度实践发现,城陵矶地区防洪需求频繁且 需求量大。因此,在上游溪洛渡、向家坝梯级预留 一定防洪库容时,三峡对城陵矶防洪补偿调度水 位可由155m 提升至158m。此提高不影响三峡对荆江河段及上游重庆等地区防洪作用,同时可 显著提高城陵矶地区防洪作用[4]。
(3)中小洪水调度方式进一步明确(调整3)。在实际防洪运用中,三峡水库近60%实施的是中 小洪水调度,中小洪水调度需求巨大[5,6]。而在 原规程中,仅原则性界定“在有充分把握保障防洪 安全时,三峡水库可以相机进行中小洪水调度”。 因此,在新调度规程中,明确提出当沙市站水位即 将超警时,三峡水库可相机拦洪削峰,调洪最高水 位一般按不超过148m 控制,当上游及洞庭湖地 区防洪压力较小时,可进一步提高至150m;当城 陵矶(莲花塘)站水位将超过警戒水位时,三峡水 库可相机拦洪削峰,减轻城陵矶地区防洪压力,调 洪最高水位一般按不超过148m 控制。
3 防洪调度方式模拟分析
根据新调度规程的修订内容,在三峡水库遭 遇百年一遇洪水时,能确保长江中下游地区防洪 安全的前提下,通过模拟计算中小洪水调度方式、 提高对城陵矶地区的防洪补偿控制的调度方式, 对比分析新调度规程、旧调度规程防洪调度方式 优化后的防洪综合效益变化情况。影响较大、三峡流量-城陵矶水位关系复杂,统计 建库以来,城陵矶水位与三峡水库出库流量的关 系。经分析,城陵矶水位不超保证水位时,三峡最 大出 库 流 量 为 44200 m 3/s,因 此 选 取 44000 m 3/s作为水库控制下泄流量,以统计城陵矶不超 保证水位时,三峡水库可拦蓄的最小洪量。
3.2 水库防洪调度方式
采用分级调度方式。水库从实际运行水位起 调,依据新、旧调度规程控制水位上限要求及防洪 调度约束条件控制出库流量,展开中小洪水调度 及城陵矶防洪补偿调度。
(1)原调度规程调洪演算。在沙市、城陵矶水 位不超警戒水位的前提下,对55000 m 3/s以下 中小洪水进行调度。当调洪水位即将超过146.5 m 时,加大出库流量,控制水库水位维持在146.5 m;在三峡水库尚不需为荆江河段防洪大量蓄水, 而城陵矶水位即将超过长江干流堤防设计水位 时,三峡水库为城陵矶地区拦蓄洪水。当调洪水 位即将超过155 m 时,加大出库流量,控制水库 水位维持在155m,水库水位超过防洪补偿水位 上限后,按调度规程转为对荆江河段防洪。
(2)新调度规程调洪演算。在沙市、城陵矶水 位不超警戒水位的前提下,对55000 m 3/s以下 的中小洪水进行调度。当调洪水位即将超过148 m 时,加大出库流量,控制水库水位维持在 148 m;在沙市水位不超警戒、城陵矶水位即将超保的 前提下,假定溪洛渡、向家坝与三峡对城陵矶开展 联合防洪补偿调度[7]。当调洪水位即将超过158 m 时,加大出库流量,控制水库水位维持在 158 m,水库水位超过158m 后,按规程要求转为对荆江河段防洪。
4 模拟结果与分析
4.1 分级控制模拟调度效益
选取宜昌站1881~2015年还原流量数据,以 6月10日~9月10日汛期作为计算时段,按分级 调度原则,进行调洪演算。
4.1.1 防洪效益模拟结果
为分析新、旧调度规程在防洪效益方面的差 异,以水库历史运行数据为基础,计算水库开展中 小洪水调度和城陵矶防洪补偿调度时,新调度规 程较旧调度规程增加的拦洪量,作为新调度规程 增加的防洪效益。与原调度规程相比,在新调度规 程运 行 条 件 下,水 库 多 年 拦 洪 量 增 加 16.36× 10 8m 3,其 中 中 小 洪 水 调 度 拦 洪 量 增 加 7.0× 10 8m 3,较三峡水库多年平均拦洪量增加3.7%。 按当前较可靠的3d预报预见期,7×10 8m 3 相当 于减少三峡水库日均下泄流量2700m 3/s,降低 三峡水库下游水位0.5m 以上;城陵矶防洪补偿 调度增加拦洪量9.36×10 8m 3。据统计,86.7% 的历史来流条件下,新调度规程防洪效益较原调 度规程有所提高,其中74%的历史来流条件下, 水库调洪水位可达158m 以上,对应水库拦洪量 可增加20.076×10 8m 3。
4.1.2 发电效益模拟结果
根据分级调度原则计算新、旧调度规程下不 同运行水位上限对应的电站汛期发电量,一旦水 库运行条件超过中小洪水调度及城陵矶防洪补偿 调度条件,即转为对荆江河段进行防洪,不会影响 初步设计规定的枢纽标准洪水防洪安全。 经分析,受不同年份来水情况影响,发电效益 有所不同,由于新调度规程适当提高水库运行水 位,水头增加,耗水率降低,汛期总发电量有所增 加。新调度规程较旧调度规程可增加多年平均发电量3.66×10 8kW·h,较三峡水库汛期多年平 均发电量增加1.24%。
4.1.3 航运效益模拟结果
根据三峡-葛洲坝两坝间船舶通航流量的要 求,按小于35000、35000~45000 m 3/s及大于 45000m 3/s三个等级分别统计船闸通航率变化 情况[8]。据统计,汛期库水位低于158m 时,新调 度规程较旧调度规程增加两坝间35000m 3/s以 下通航时长1.4d,减少35000~45000m 3/s调 度时长1.2d,减少 45000 m 3/s以上调度时长 0.8d。虽然增加通航时间有限,但在当前航运主 管机构要求全年全时段通航的情况下,1.4d可 通过船舶近200艘,对于缓解汛期两坝间船舶积 压问题具有重要意义。
4.2 防洪调度风险分析
4.2.1 中小洪水调度防洪风险分析
(1)荆江河段防洪风险。根据《金沙江溪洛 渡、向家坝水库与三峡水库联合调度研究》的研究 成果,选取百年一遇洪水(1982年型的1%频率) 进行调洪演算,结果表明,从158m 开始起调,在 溪洛渡、向家坝水库配合作用下,三峡水库最高调 洪水位为171m,不影响荆江防洪标准。(2)城陵矶地区防洪风险。对于 1968、1999 年等上中游型大洪水进行调洪演算,结果表明,从 148m 开始起调,在上游水库配合作用下,三峡水 库可按158 m 控制,城陵矶地区不会分洪,对城 陵矶地区防洪风险是可控的。
4.2.2 城陵矶防洪补偿风险分析
(1)库区淹没风险分析。当水库从155m 起 调时,回水末端将上延约3.7km,原末端处(弹子 田)水位抬高约0.1m,对回水影响不大。当水库 从158m 开始起调时,遇20年一遇洪水库区回水 最高仅超出约0.4m,淹没地区均为临时泊位设 施,无重要设施或防洪保护对象。因此,城陵矶防 洪补偿带来的库区淹没风险较小,在可接受的范 围内。 (2)下游防洪风险分析。经 计 算,从 158 m 起调,当水库遇百年一遇洪水时最高调洪高水位 不超过171m,可保证荆江地区不分洪。
5 结论
a.与原调度规程相比,新调度规程中小洪水 调度多年平均拦洪量增加7.0×10 8m 3,城陵矶防 洪补偿调度多年平均拦洪量增加9.36×10 8m 3。 b.运行水位上限的提高可降低水库耗水率,汛期多年平均发电量可提高1.24%,同时可增加 35000m 3/s以下通航时长1.4d,提高航运效益。 c.梯级水库联合调度潜力巨大,随着上游乌 东德、白鹤滩等巨型电站建成,应积极开展梯级水 库联合调度,充分发挥水库联调的防洪效益。
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作者：龚文婷,邢 龙,胡 挺,王 海,张楠男
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