湘祁水库调度运行方式及回水外包线成果分析

谭适时

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 工程概述

湘祁坝址控制流域面积27 118 km2，占湘江流域面积的28.6%，该坝址以上库区为湘江干流湘祁～浯溪河段，主要支流右岸有白水、于白水镇汇入，白水支流河口以上左岸有三江口二级支流汇入。库区河段内干流左岸还有祁水支流于祁阳县城汇入。

湘祁水电站枢纽工程，正常蓄水位75.50 m，相应库容 1.609亿 m3，死水位 74.80 m，相应库容 1.438亿 m3，调节库容0.17亿m3，具有日调节性能，水量利用系数73.6%，电站装机容量为4×20 MW，最大净水头8.9 m，加权平均水头（净）7.82 m，设计水头7.20 m，最小水头净2.5 m，P=90%时出力90 MW，贯流式机组。单机额定流量318 m3/s，4台机满发流量为1 272 m3/s。设计多年平均发电量3.180亿kW·h，年利用小时3 975 h。

2 水库运行方式的制约条件

2.1 水库库区

湘祁库区有白水镇、祁阳县城，位于坝址以上分别为24.42 km，55.88 km处，两处地域平均地面高程分别为78.2 m、84.0 m，主要是白水镇沿河周边农田耕地面积较集中达100 hm2（1 500亩）（横断面编号 C.S.17）。根据水库调度预泄回水推算成果，相应正常蓄水位75.5 m时，当坝址流量大于或等于临界流量1 400 m3/s即启动洪水期水库运行方式。

2.2 大坝下游河段

2007年湖南省人民政府湘政函 ［2007］229号文批复的《湘江干流航道发展规划》，规划湘江干流苹岛至松柏达到Ⅲ（3）级航道标准，通航 1 000 t级船舶，即：①保证10年一遇以下的流量时能正常通航；②保证电站日调节运行时下游河段能正常通航；同时保证调峰结束后，泄放综合保证率95%的通航基流。

3 水库运行方式的确定

3.1 多年运行方式

湘祁水电站不承担下游防洪任务，只考虑发电和通航，当坝址流量小于1 400 m3/s时 （机组满发流量1 272 m3/s），枢纽按正常蓄水位75.50 m运行，水量除满足通航及下游用水外，全部通过机组用于发电；当坝址流量在（1400～7530）m3/s时（2年一遇洪水），闸门逐渐开启放水，当坝址流量大于或等于7 530 m3/s时，闸门全开敞泄洪水。

3.2 汛期运行方式

当坝址达到或接近1 400 m3/s流量时开始实行水库洪水期预泄调度过程；坝址预泄流量原则上按坝址24 h（老埠头到坝址传播时间16 h+8 h水文预报时间）后预报流量。

涨水期：若水库泄流能力不能满足需预泄的预报流量时，按泄流能力预泄；当出现双峰洪水时，第一峰过后，坝址预报的预泄流量小于本时段之前出现过的最大预泄流量时，按本时段之前出现的最大预泄流量下泄，否则按预报下泄，但若受到泄流能力限制时，按最大泄流能力预泄；当水库接近天然行洪状态时（水库本时段初水位-坝址流量相应的天然水位差小于0.30 m时），按最大泄流能力泄洪。

退水期：坝址流量接近预泄起始流量1 400 m3/s且进入退水期时，水库水位开始回升至正常蓄水位。

3.3 枯水期的运行方式

当坝址流量小于1 400 m3/s时，可按系统用电要求进行调峰运行，同时电站的正常运行还需考虑维持航道的正常通航，退水期间要保证泄放综合保证率95%的枯水流量通航基流，以维持下游河段水位变幅在一定的范围内。

4 水库回水

4.1 建库后坝前水位

4.1.1 洪水调度

湘祁水库20年一遇洪水建库后，闸门全开敞泄坝前水位为76.70 m （相应泄流13 100 m3/s），10年一遇洪水建库后，闸门全开敞泄坝前水位75.82 m（相应泄流11 600 m3/s），5年一遇洪水建库后，闸门全开敞泄坝前水位74.90 m （相应泄流10 100 m3/s）,2年一遇洪水建库后，闸门全开敞泄坝前水位73.25 m（相应泄流7 530 m3/s）。

为减少库区淹没损失，加大下泄降低坝前水位的临界流量从7 530 m3/s（2年一遇）减少到1 400 m3/s。因此本工程水库回水计算需考虑预泄加大泄量的临界流量（1 400 m3/s）至2年一遇洪水（7 530 m3/s）之间的洪水调度过程，直至闸门处于全开状态，来多少泄多少。

为选取相距湘祁坝址112 km处的上游老埠头水文站作为预报站，考虑到该水文站已建成多年有比较完善的水情预报系统，预报精确度较高，水文站至坝址传播时间约16 h，另外，老埠头水文站上游湘江干流还有全洲水文站，支流潇水有双牌水文站，二级水文站控制流域面积占老埠头水文站的77%，且控制着老埠头水文站上游流域主要暴雨中心，全洲水文站至老埠头水文站洪水传播时间约8 h。

因此，最终考虑坝址预泄流量原则上以坝址24 h（老埠头至坝址传播时间16h+8h水文预报时间）后预报流量。

从2年一遇洪水过程分析看：从0时段初到2时段末，坝址流量小于预泄起始流量，水库维持正常蓄水位75.5 m；从4时段初到6～10时段末，坝址流量从1 390 m3/s逐渐增大到2 130 m3/s，水库按坝址预报流量进行预泄，库水位从正常蓄水位75.5 m降低到72.07 m；从12时段到14时段，水库按泄流能力下泄，因预泄流量大于入库流量，水库仍从72.07 m降低到70.86 m；从16时段到44时段，水库按泄流能力下泄，因预泄流量小于入库流量，水库库水位从70.86 m逐渐又上升到73.14 m，此时与天然水位差值为0.30 m，接近天然行洪状态；此后水库按泄流能力下泄，当接近预泄起始流量时，灵活变动掌握水库逐渐抬升的趋势直至正常蓄水位。详见湘祁水电站水库洪水预报调度运行方式成果表（表1）。

表1 湘祁水电站水库洪水预报调度运行方式成果表 流量：m3/s 库容：万m3

4.1.2 建库后坝前水位

根据以上洪水调度方式及泄流曲线，加大下泄临界流量1 400 m3/s至2年一遇洪峰流量7 530 m3/s之间的调度过程中各级流量对应的坝前水位，详见预泄调度过程中各级流量对应的坝前水位表（表2）。

表2 预泄调度过程中各级流量对应的坝前水位

4.2 水库回水

根据以上洪水实时调度过程的坝前水位及洪峰流量，求得起始流量（1 400～7 530）m3/s（2 年一遇洪水）的回水外包线。推算回水线时，为安全起见，采用上一时段末的坝前库水位与本时段按坝址预报流量进行预泄推求。详见湘祁水库干流调度过程回水表。

5 结论

（1）上述水库汛期洪水实时调度过程的水库调度方案是建立在设计坝址与报汛站之间，易于实际调度运行，具有可操作性。

湘祁水库干流调度过程回水表m

（2）对于丘陵地区淹没和浸没较大的低水头电站，当水库泄流能力不能满足需预泄的预报流量时，按泄流能力预泄，若受到泄流能力限制时，按最大泄流能力预泄，当水库接近天然行洪状态时，此后水库按泄流能力下泄。否则降低水库淹没的效果不明显。

（3）回水外包线：从预泄起始流量1 400 m3/s到频率洪水7 530 m3/s（2年一遇）之间的洪水调度过程（直至闸门全开）的各级流量沿程及各横断面建库后最高回水水位的外包线。