黄河上游梯级电站水库联合调度方式探讨

靳少波，沈延青

（黄河上游水电开发有限责任公司，青海 西宁 810008）

黄河上游是全国最早形成梯级电站格局并开展联合调度的河段，1968年汛后刘家峡水库蓄水，黄河上游第一座具有不完全年调节性能的大型水库投运，对已建成的盐锅峡、青铜峡及黄河上中游水量调节有重大影响，为此国务院批准成立由甘肃、宁夏、内蒙、西北电管局、黄委会组成的黄河上中游水调委员会，下设水调办公室，开展梯级电站联合调度工作。1986年10月龙羊峡水库下闸蓄水，形成龙、刘两库联合运用新格局，并增加青海省为黄河上中游水调委员会委员，明确黄委会为主任委员，西北电管局为副主任委员并兼水调办公室的工作。

1 龙羊峡、刘家峡及梯级电站概况

1.1 龙羊峡简介

龙羊峡水电站是黄河上游的“龙头”电站，位于青海共和、贵南县交界处，控制流域面积131 400 km2，占全流域的18%。多年平均流量650 m3/s，控制水量占兰州断面的62%，占黄河入海水量的42%。工程以发电为主，兼防洪、灌溉、防凌、养殖、旅游等综合效益。

龙羊峡水库按千年一遇洪水设计、可能最大洪水校核，校核洪水位2 607 m时总库容为274亿m3，正常蓄水位2 600 m，库容247亿m3，正常死水位为2 560 m，极限死水位为2 530 m，防洪限制水位为2 594 m，调节库容193.6亿m3，为多年调节水库。通过龙羊峡水库调蓄，将洪峰流量控制在4 000～6 000 m3/s，可提高下游梯级水电站及兰州市的防洪标准。

龙羊峡工程由主坝（混凝土重力拱坝，最大坝高178 m）、两岸重力墩、副坝、泄水建筑物及电站厂房等组成。其中泄水建筑物按表孔溢洪道、中孔、深孔、底孔泄水道4层布置，主厂房位于坝后，电站安装4台单机容量320 MW水轮发电机组，总容量1 280 MW，保证出力589.8 MW，年发电量59.42亿kW·h。

1.2 刘家峡水库简介

刘家峡水电站位于甘肃永靖县的黄河干流上，控制流域面积181 766 km2，占黄河全流域面积的1/4，多年平均流量866 m3/s。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、防凌、养殖等综合效益。

刘家峡水库按千年一遇洪水设计、万年一遇洪水校核，校核洪水位1 738 m以下总库容64亿m3，正常蓄水位和设计洪水位均为1 735 m，库容57亿m3，死水位1 694 m，兴利库容41.5亿m3，为不完全年调节水库。

刘家峡工程由主坝（混凝土重力坝）、副坝（左右岸混凝土副坝、右岸黄土副坝）、泄水建筑物、坝后厂房和地下厂房等建筑物组成。其中泄水建筑物分左岸泄水道、右岸泄洪洞、排沙洞、岸边溢洪道布置，电站安装五台水轮发电机组，总装机容量1 225 MW，保证出力400 MW，多年平均发电量57亿kW·h。近年来对发电机组又进行了增容改造，全厂总装机容量达到1 350 MW。

1.3 梯级电站简介

黄河水能资源蕴藏量为30 002 MW，可开发水能资源为22 029 MW，其中黄河上游龙羊峡至青铜峡河段全长918 km，落差1 324 m，规划建设大中型水电站25座，总装机容量17 010 MW，年发电量593亿kW·h，水力资源十分丰富，开发条件优越，是我国著名的水电“富矿”，除黑山峡河段外现大部分已开发或正在开发。

黑山峡河段一级开发的大柳树水电站位于宁夏中卫县境内，坝址控制流域面积250 650 km2，多年平均流量1 050 m3/s。水库正常蓄水位1 380 m，总库容110亿m3。电站装机容量1 920 MW，年设计发电量为82.2亿kW·h。是黄河龙青段具有年以上调节性能的水库之一。

拉西瓦水电站是黄河上最大的水电站，百万千瓦以上电站还有李家峡、公伯峡、积石峡水电站，但调节能力小，现阶段仍是龙刘联合调度的格局。

2 龙羊峡水库在联合优化调度中有作用

2.1 龙羊峡水库有巨大调节作用

1）龙羊峡具有多年调节能力，可蓄丰补枯，改变径流的年际间分配[1]。

2）削减洪峰流量，控制最大下泄流量6 000 m3/s，提高下游河道及梯级电站的防洪标准。

3）利用汛限水位以下库容存蓄洪水，减轻下游在建电站度汛压力，并简化下游电站泄洪设施。

4）提高枯水年和每年供水期的径流量，使之基本满足各综合用水部门的要求。

5）与其他大型水电站一起担负电网调峰调频和事故备用任务。

6）提高下游电站的保证出力，使各电站保持较高水位运行，耗水率降低。

7）增加灌溉用水量，扩大灌溉面积，并提高灌溉用水保证率。

2.2 优化调度原则及面临的矛盾

梯级电站联合调度，遵循总体综合效益最大的原则，充分发挥龙羊峡水库的多年调节作用，实现各方面共赢。但组成梯级的单一电站获得较好的经济效益时梯级综合效益不一定最优，反之梯级综合效益最优时个别电站效益可能会受到影响，黄河上游综合任务多，电力体制改革后各电站分属不同业主，理论上的最优难以实现，应根据实际情况探讨合理的运行方式。

总结多年水库运用的经验，不同时期水库调度面临不同的矛盾，龙羊峡水库投运后，缓解了部分矛盾，但也带来一些新的问题。表现在以下几个方面。

2.2.1 预报与来水的矛盾

现阶段长期预报水平较低，只能预报一般趋势及平均情况，而对特殊年份，如特丰、枯水年的来水形势很难预报准确，使预报失去了对调度工作的指导作用，调度困难增大。如1989年4月召开的黄河上游水文气象预报会上，与会代表一致认为该年来水是平偏枯年份，而实际上全年来水量和汛期来水都居实测资料第一位，属特丰水年份。再如2005年后大部分专家认为黄河上游已走出枯水段，事实上2006—2008年连续3年枯水。解决问题的关键是未雨绸缪，既要做好防大汛的准备，又要在龙羊峡水库蓄足必要的水量。

2.2.2 黄河资源性缺水与日益增长的用水需求的矛盾

黄河属于资源性缺水河流，近年来由于环境变化，年度来水总量有减少趋势，龙羊峡水库1988年至2012年，即发电以来25年平均入库水量仅184.58亿m3，远远低于设计值。随着社会经济高速发展，用水用电持续增长。由于连续干旱缺水使得2003年汛前龙羊峡水库逼近极限死水位，黄河上游经历最为困难的时期。

解决的根本点是上南水北调西线工程，现阶段，充分利用洪水资源逾现重要，在来水略偏少的年份也应存蓄一定的水量。按丰增枯减原则调度，枯水年应适当减少水库出库流量，下游灌区做好节水灌溉，同时在黄河上游降雨产流高值的河曲地区开展人工增雨工作[2]。

2.2.3 水电大发时电量消纳的矛盾

龙羊峡水库的巨大调节能力可以使大部分年份不弃水，当梯级水库蓄水较多，特别是龙羊峡水库达到汛限水位后，如来水继续增大，就面临弃水风险，同时水电大发，电量消纳困难。

2.2.4 防凌限制季节性缺电的矛盾

水库运用的基本原则是蓄丰补枯，由于每年11月至翌年3月防凌控制期间，刘家峡水库出库减少，龙羊峡水库出库相应减少，影响黄河上游梯级电站发电量，造成青海季节性缺电。特别是2008年黄河遭遇四十年来最严重的凌汛，在3月开河期间刘家峡出库大幅减少，青海电网严重缺电，同时青海沿黄农灌站引不上水，严重影响农业生产。

尽快上大柳树高坝是解决问题的根本。现阶段可采用在保证防凌安全的前提下适当增加防凌期刘家峡出库流量和增加刘家峡水库防凌库容等措施缓解矛盾。

2.2.5 调水调沙

由于黄河是一条多沙河流，泥沙在下游河道淤积，形成地上悬河。所谓“调水调沙”就是通过调控水库，形成人工洪峰，把淤积在黄河河道和水库中的泥沙尽量多地送入大海，冲刷河床，减缓泥沙的淤积。自2002年以来，黄委会已进行了十多次调水调沙试验[3]，取得了一定成绩，但调水调沙需从上游水库补充清水，枯水年份势必影响水库的正常运行，调水调沙试验应在来水形势明确时再决定是否做，避免在连续枯水年或特枯年进行。

2.2.6 效益补偿问题

应制定梯级间电站效益补偿机制，由受益方向贡献方补偿。确定龙羊峡向下游补水的基本值，对超额补水部分由下游受益方给与补偿。刘家峡水库预留更大的防凌库容，短时期水位降低，亦可考虑由青海电网给予补偿。

3 梯级水库联合调度的合理运行方式探讨

以龙、刘两个水库为中心的梯级水电站，在联合调度运用中，如何做到合理，根据这20多年的经验，按防洪、冬灌、枯水、防凌、春灌5个时期分述[5]。

3.1 防洪期（7至10月）运行方式

是黄河上游主要来水期，水库的主要任务是蓄水，龙羊峡水库水位较汛限水位相差较多时在满足基本用水要求情况下尽量多蓄水，水位达到汛限水位后按度汛方案运行，视情况加大出库。刘家峡水库水位汛期不宜过高，8月份根据情况逐步抬升。

3.2 冬灌期（11月）运行方式

汛后达到年内高水位，宁蒙冬灌用水高峰时期开始，期间可加大刘库的出库流量，降低水位预留防凌库容，11月底前后在内蒙封河时保持均匀的较大流量，以便形成较高冰盖。同时龙库应适当减少出库。

3.3 枯水期（12至翌年2月）运行方式

期间来水是全年最少的几个月，龙羊峡按500至600 m3/s保持平稳出库，年末尽可能保持较高水位运行[4]，以满足青海电网冬季用电需要。

3.4 防凌期（3月，开河期）运行方式

在内蒙开河的关键时期。刘家峡出库受到限制，可利用预留的防凌库容加大龙羊峡出库满足电网用电，同时利用刘家峡到内蒙的流达时间提前一周左右加大刘库出库流量。

3.5 春灌期（4至6月）运行方式

龙、刘两库共同承担下游灌溉任务，防凌结束时，刘家峡大多数年份都蓄至较高水位，从4月起刘库出库逐步增加到800 m3/s以上，5、6月份灌溉高峰期5台机带基荷运行，降低水位迎接汛期的到来。龙羊峡根据水位和下游用水综合确定运行方式，当来水大于600 m3/s时可考虑蓄水，水位保持在合适位置。

4 结语

在黄河上游梯级水电站联合调度运用中，必须兼顾多方利益，根据当时水情及时调整运用方式，建立和谐的梯级电站上下游关系，在合理、灵活调度的前提下，达到减少弃水，充分利用水量，保持各电站高水位的优化调度目的。

[1] 万景文，刘文彬，於凤义. 龙羊峡水电站的巨大作用和效益[J]. 水力发电，1987（9）：10-13.WAN Jingwen，LIU Wenbin，YU Fengyi. The great effect and benefit of Longyangxia hydropower[J]. Water Power，1987（9）：10-13（in Chinese）.

[2] 靳少波. 黄河上游人工增雨试验及前景[J]. 青海科技，1998（2）: 44-45.JIN Shaobo. Artificial rainincreasing test and its prospect within the upper reaches of yellow river[J]. Qinghai Science and Technology，1998（2）: 44-45（in Chinese）.

[3] 黄河水利委员会.黄河调水调沙试验[R].郑州：黄河水利出版社，2010.

[4] 杨宗泽，王淑娟. 多年调节水库年末水位研究[J]. 西北水力发电，2004（3）: 30-32 YANG Zongze，WANG Shujuan. Study on the water level at the end of year for carryover storage reservoir[J]. Journal of Northwest Hydroelectric Power，2004（3）: 30-32（in Chinese）.

[5] 靳少波. 龙羊峡水库运行方式的探讨[J]. 青海电力，1995（3）: 24-27.JIN Shaobo. On the operation mode of the Longyangxia reservoir[J]. Qinghai Electric Power，1985（3）: 24-27（in Chinese）.