白龙江流域中上游洪水成因及梯级电站联合调度

毛先凤

摘要：本文从白龙江流域暴雨、洪水特性分析入手，浅论苗家坝、碧口、麒麟寺梯级电站联合调度、合理利用水资源、提高水能利用率的可行性，探寻梯级水库开展节能调度的有效途径。

关键词：暴雨、洪水特性 梯级电站 联合调度

1 概述

白龙江流域位于西倾山位于甘肃和青海的交界处，全长576km，流域总面积可达31812km2，自西北流向东南，汇入四川昭化的嘉陵江。白龙江是嘉陵江上游最大的支流，流域落差大、径流年内分配较均匀，水电资源十分丰富。上世纪70年代，在干流甘肃文县碧口建成了规模较大的水电工程，2009年，又在白龙江中上游建立了三座电站。所以此流域内许多小水电如雨后春笋般蓬勃发展。

防洪和发电是水电站水库的两个重要任务，科学合理的水库联合调度是合理利用水力资源，降低防汛风险，提高水能利用率的必由之路。为了使整个流域防洪标准和水资源综合利用率提高，因此实行梯级水库群联合运用，并对其进行统一调度。

2 暴雨特性分析

2.1 地形特征及其影响

从宏观地形看，白龙江位于青藏高原的东和东南背风坡。由于地形影响，其有利于低压发展产生降雨。从微观地形看，白龙江流域内整个地势是西南部分高于东北部分，碧口水库库区则位于流域的东南部，因此会有较大暴雨形成且容易造成附近的干支流洪水集中汇合。

2.2 暴雨特征

川西北的暴雨天气系统和区间流域的特定地形条件是白龙江流域暴雨形成的主要因素，流域内暴雨空间分布为东南大，西北小，夜雨多，且大暴雨常常发生在后半夜，暴雨大多为但峰型。

白龙江流域内洪水由暴雨形成，一次较大的降雨过程往往是碧口库区（让水河为主）、白龙江上游、干流上游交替形成。

3 河网特性分析

3.1 河道特征

在1/25万地形图上对河道特征值进行了量算，并通过了有关水文部门的实地调查考证，区间流域河道及汇流特征值如表1。

3.2 流域汇流特征

按分析的河道汇流时间，在区间流域上，将距出口断面（麒麟寺大坝）相同汇流时间τ（1h）的各点联接起来，绘成等流时线。用求积仪量算等流时块面积，并绘制等流时块面积分配图。从汇流面积分配图上可以看出白龙江中上游洪水的基本特征。

4 洪水特性分析

流域上、中、下游不同的气候特点、地形、河网和下垫面条件都是造成白龙江上、中、下游各段的洪水特性有其显著差异的原因。上游因暴雨量小，流域面积大，因此只参与中下游洪水的基流和退水；中下游因暴雨强度大和受地形、河网等因素影响，洪水过程陡涨陡落，峰高量也大，尤其下游更为突出。

4.1 地区分布和组成

历史资料表明，苗家坝洪峰流量武都以上所占比例较小，而洪量比例要相对稍多些。

由历史资料记载的各地区来水情况看，由武都以上来水为主形成的峰只有3次，占18.7%，其余81.3%的峰由区间洪水所组成。由此可以看出区间洪水所形成的洪峰愈大，让水河来水参与的机会愈多。

由此推断，区间、苗家坝以上流域、汉坪嘴以上流域同时参与中小洪水的几率较小，区间洪水往往给碧口、麒麟寺造成防汛压力并弃水，但弃水后，洪水又退的很快，水能利用大大降低。

4.2 洪峰特性

4.2.1 涨洪历时

假定降雨强度不变，有效降雨历时又等于或大于流域最大汇流时间，由此影响洪峰会维持不变。实际降雨强度是变化的，因而各次洪峰的涨洪历时也就不同了。但由于各组合因素有一定的稳定性，所以涨洪历时变化也就会局限在一定时段内。因此，涨洪历时受有效降雨历时和强度的影响较大。

4.2.2 洪峰流量

区间流域面积较小时，只在降雨历时短的中小洪水才有体现；而决定洪峰流量大小的主要是降雨强度，主雨段与最大涨率过后不久即达峰顶就是较好的证明。因而，防洪调度中更应关注雨强度的变化。

4.2.3 流域退水

洪峰过后，前期退水部分主要是地表径流，这部分历时很长，不但退水缓慢，且常见退中有涨，退退平平，因此这部分水用来拦尾发电非常有利。

5 梯级水库联合优化调度应用

根据区域电网运行特点、流域水文特性等约束条件，围绕梯级水库短期洪水联合预报、中长期径流预报、梯级水库防洪优化调度、发电优化调度开展联合优化调度控制的一系列理论研究及技术实践，建立起水电调度、远程控制等领域的高级应用模型和算法研究，实现梯级水电站的联合优化调度和经济效益最大化。

流域调度中心对整个各梯级电站进行统一优化调度，此过程摒弃传统人工经验型调度方式，通过计算机监控系统、水情自动测报系统、经济优化调度在线决策支持系统，根据水情自动测报系统预报来水情况和水库水位等诸多因素，确定碧口电站日负荷曲线及月度发电计划，详细研究各水库日、季调节的不同特点，在碧口、麒麟寺和苗家坝三个库区建立集水情信息采集、水文预报、水库调度、水情信息发布等功能为一体的水库联合调度作业网络。以计算机优化算法对水位库容曲线、水头出力发电流量曲线等反复计算、率定，编制完善梯级水库联合运行调度规程与防洪调度图，搭建起水库梯级层面技术标准平台。

提高预测精度，利用水情系统、气象卫星信息系统等，形成完善的水情、气象数据库，掌握全流域降雨、来水变化，为各梯级电站提供预警预报信息，梯级水库及时跟踪调节运行方式，有效避免了无益弃水现象的发生。

6 电网特性

东部陕西、宁夏以火电为主，西部甘肃、青海以水电为主是陕甘青宁电网电源布局的现状。本文提到的三大水电站位于甘肃陇南地区，处于陕甘青宁电网甘肃东南部和陕西南部调峰电源不足地区。为弥补远景“西电东送”后陕甘青宁电网电力电量的不足，三大电站总装机容量651兆瓦，年发电量可达20亿度，所发电能通过枢纽变电站送往甘肃、陕西、四川电网，形成了大唐集团西北地区最大的梯级水电群。

7 结语

①受川西暴雨中心及流域地形影响，白龍江中上游区域性降水特性十分明显，各电站地理位置特性、电网特性等，都给白龙江梯级电站联调增效提供了有利条件。②视降雨区域和来水组成，合理分配各电站出力。③干流上游来水到达苗家的汇流时间一般要1～2天，而区间暴雨洪水短暂。在遇区间中小洪水时，苗家坝电站可以考虑关闸或降低出力为碧口错峰（让负荷），适当抬高库水位，承担可控风险，以减小碧口防汛调度的压力，并提高梯级水量利用率。④干流上游来水含沙量大，洪水预报精度较高。大洪水到来前，可考虑从下至上依次加大各电站出力或加大泄洪，水库预泄，进行低水位拉沙。这种机会难得，宁可减少发电，也不能错失排沙良机，尤其是苗家坝、麒麟寺水库运行初期。⑤加强降水预报，适当预泄或超蓄，提高水量利用率和防洪效益。

参考文献：

[1]覃晖，周建中，肖舸，赵云发，卢有麟，张勇传.梯级水电站多目标发电优化调度[J].水科学进展，2010（03）.

[2]卢有麟，周建中，王浩，张勇传.三峡梯级枢纽多目标生态优化调度模型及其求解方法[J].水科学进展，2011（06）.

[3]刘金焕.大渡河流域梯级电站统一调度的初步研究[J].水力发电，2007（07）.