资水柘溪以下低水头梯级电站防洪联合调度浅析

王铁牛 龙 瑛

（益阳水文水资源勘测局 益阳市 413000）

目前资水柘溪以下规划的7个梯级电站已建成东坪、株溪口、马迹塘、白竹洲、修山5级，金塘冲和史家洲电站在规划初设阶段，已建5级电站均为低水头电站，它们的闸门高度分别为10.5m，10.5m，9.5m和6.5m（马迹塘电站有两种闸门，高度不同），7.5m，7.5m。因是低水头电站，我们从闸门高度就可以粗略看出水头高低。从理论讲，只要有库容，就有利用库容来调蓄洪水的可能，但因库水位长期保持在蓄水位附近，空库调蓄能力小，径流式电站在设计上是不承担调洪错峰任务的。从近年发生洪水的实际效果看，各电站如自己按设计控制坝上水位，以来多少泄多少逐渐开闸泄洪，则因信息不准，没有预泄，有抬高库区洪峰水位、扩大淹没损失的可能，如2008年资水冬汛，因没有提前预泄空库降水位，洪水位有抬高，加上预警不及时，有的地方增大了损失。

各级电站建成后改变了河道原有的过水条件，加上河道破坏，过水能力减小，对日益严重的资水中下游防洪产生了更大的压力，因此采取信息共享，联合调度是形势所需。

1 解决问题的思路

（1）整合信息，统一平台。信息分散：有个别电站自己建有少量雨水情站点，气象、水文、水利也各自建有站点，所建站点的目的有所不同，电站是为自己调度服务的，气象可能注重于行政区划的面，水文可能注重于河流的流域，水利可能注重于水利工程。为了获得所有电站联调所需信息，至少要整合部分关健信息。目前益阳市防指已做了大量工作，平台已经搭建，部分重要信息已联网进入，如上游控制性电站柘溪库水位和5级低水头电站坝上下水位已入网进信息平台。

（2）建立机构，统一调度。2010年益阳市防指获得了湖南省防指代为调度的授权书，经过几年的实践，已建立了以市防指为主体，相关部门参与的梯级联调组织机构，每年都针对调度方案做调研，综合电站、县防指、相关专家的意见进行改进和优化，为统一调度提供了保障。这样做实际上是一个开放式的不断优化调度的过程。

（3）完善制度，规范调度。联合调度是统一科学调度，工作过程是一个开放的系统工程。洪水来得快，信息传至各电站和相关县区防指、县级防指和电站预警均需时间，因此决策如作战，信息收集要快要准，决策要科学，时效性强。信息来源有省防办、柘溪电站、水文、气象、安化、桃江两县防办及5家低水头电站，决策人员有市防办、市水利、市气象、市水文等部门专家、领导，信息流程、信息反馈，决策程序，执行与监督，违规处罚等需要系统的制度作保证，大洪水更要有规范的预警制度。联调在信息共享，上下沟通，调度指令传送流程、预警制度，监督和处罚办法各方面都作了制度性规定，各种制度不断完善，保证了调度的规范统一。

（4）开展预警。没有建电站前，预警只针对接近警戒或超警戒大水。联合调度后既要对洪水预警，也要对电站坝址上下游适当范围内预警，以防开关闸门造成危害，联合调度方案中对预警作了详细规定，实行由县区防指负责制，电站主要负责坝址上下游一定区域。这是认真落实防洪工作以防为主的指导思想。

2 梯级调度原理分析

2.1 需预泄，但不必空库

前面已提到，低水头电站设计上是不承担蓄水调峰任务的，每个电站均是以来水多少控库水位，以来多少泄多少开闸泄洪，若如此，则低水头径流式电站的联调是不阻水式调度。梯级电站设计的水位高度是下级电站水头抬高水位不影响到上级电站的坝下，可以设想为静止状态时（蓄满水，入、出库流量为0），本电站库水位与上级电站坝下低部持平，显然，如下级电站不预泄水，阻水就有可能。如果在来水前早早放空水库，则有几个问题出现：一是不能全开闸门，否则下游会形成人工大洪水；二是库区岸坡可能不稳，河中的船只、网箱等会出险；三是会对水生物造成破坏；四是大大超出了设计范围，对大水作用小而对发电站极不利，因此不必在预测洪水来之前泄空，最好是适当预泄。

2.2 预泄方式分析

把各梯级电站串联起来看待，如果没有支流来水，设想多种预泄方法：一是同时预泄；二是上游电站先预泄，下游后泄；三是先预泄下游，后预泄上游。将库水位降至预定值，称为目标水位，目标水位是指不或少阻洪水的综合最佳值。

设梯级电站第一级代号为1，库容为W1，预泄库容为△W1，预泄降低水位数为△H1，预泄所用时间为T1，预泄平均流量为△Q1；梯级电站第二级代号为2，库容为W2，预泄库容为△W2，预泄降低水位数为△H2，预泄所用时间为T2，预泄平均流量为△Q1，……梯级电站第n级代号为n，库容为Wn，预泄库容为△Wn，预泄降低水位数为△Hn，预泄所用时间为Tn，预泄平均流量为△Qn。则所需预泄总库容为∑△W=△W1＋△W2＋……＋△Wn

第一种方法是同时预泄。同时预泄是各梯级电站同时开闸泄水，各级电站必须预泄适当流量才能降低库水位到设定的目标值。又可分两种情况，一种为在同时间内预泄到各自目标水位，则下级电站必须比上级多预泄，最末级电站必须承担所有空库水量∑△W的泄水任务，如梯级多即n大，则最末级电站流量会很大。泄水时间同始同终，理论上越到下级，越需有大流量泄水，但实际上上级电站泄来的水要流过一定长度河道，需要时间。设想即便同时将所有电站同时预泄到目标库水位，则下游电站还需要保持泄去上游来水，最下级电站有可能泄水成灾。要保持库水位不升高，则不能大流量泄水，因此下级电站泄水需很长时间，这还不包含上游来水到达最后一级的时间，实际上同开同泄至目标水位是不可实现的；另一种是同时预泄控制流量，各级电站预泄流量为下级比上级略大，保证能预泄至目标水位，则先上游电站，后下游电站会逐步降低库水位至目标值，最末级电站因要加泄上游电站来水，泄水时间会最长，要包含上游来水运行时间和小流量泄水所需时间。如果泄水可用于发电，则这是好的预泄法，如控制好，只有第一级发电损失多些，其它各级损失小。

第二种方法是先预泄上游首级，后泄下一级，逐级泄流。这种方式在现实中执行难，因为当所径流式梯级电站正常蓄水或发电时，水库是比较满的，上游一开，下级电站必须适时开，不能等上级泄水结束后再开，因为如果下游电站不及时开闸则水有漫闸门和产生大水的可能。如果能利用两级之间的距离实现水流运行的无缝对接，那是最好的调度方式，在安全第一的情况下，一般不能用这种方式。在中小水不产生淹没的前提下可进行研究。

第三是种方法先下游电站预泄，后上游电站预泄。这是一种最安全的预泄方法。先预泄最下游一级电站，再预泄上级电站，同时下级必须在上级预泄时以来多少泄多少泄去上级电站来水。但这种方式会有预泄时间过长，最后首级电站需时至少会达∑T=T1＋T2＋……＋Tn，n 大时，最上级电站预泄等待的时间∑T-T1会很长。级数多了不能采用，也不经济。

从上述三种预泄水方式分析，第一种的同时开闸预泄，同时（或用时相差不多）完成预泄，在现实中难实现，不可取；第二种的同开可不同时降至目标水位，现实可以采用。第三种：先泄下游最再泄上游，逐级预泄，当梯级数量多时会因下级各库预泄时间过长导至首级电站根本没有时间预泄迎接洪水，而且下游电站发电损失过大，在级数多的梯极电站中不可用。

好在现实中n不会很大（即难出现大河全部建低水头梯级电站的情形）。河长很长的大河，落差必大，必定会规划有高水头电站。

2.3 综合优选调度方法

径流式电站的水库是河道，正常情况下库水位较高，水库偏满。来水时必须预泄，适当空库。根据资水柘溪以下来水不同的实际情况，调度方案可作分段调度和流量分级预泄：

（1）按来水不同分段调度：柘溪来水为主的是柘溪-东坪-株溪口河段；以柘溪和柘溪至马迹塘电站区间来水混合的是马迹塘-白竹洲-修山河段；两段之间洪水运行时间多在4 h以上，分段调度可行。

（2）适当预泄。没有预泄，阻水必能产生。经综合考虑过水能力，库区上下承受能力，以不同流量来水，预降不同库水位，控制降水在蓄水深度的一半左右，建议：大于3 000m3/s小于4 000m3/s，预降2m，大于4 000m3/s小于5 000m3/s，预降3m，大于5 000 m3/s，预降（3.5～4）m。

（3）分段后梯级不多，预泄的时间不长，流量不很大，发电站损失也不大，不同量级的洪水可分别对应采用先上后下预泄、同时预泄、先下后上预泄方式，待成熟后实施。预泄后以不淹没为前题，来多少泄多少，建议在4000m3/s到来时1h逐渐全开闸门，确保各级均在洪水到来之前恢复近似天然河道情势。

2.4 不足和建议

一方面要把各电站的出流测准，最好是建立水位～流量关系图或关系式，可以建立正常蓄水位下单孔开度～流量关系，然后再实现不同库水位下单孔开度～流量关系，最后建立每个电站的出流关系；二是马迹塘电站入库水文站辰溪站至少汛期要恢复水位、流量监测并报汛，枯期水位报汛。没有这两个方面作保证，调度就没有可靠、准确的信息作保障。

3 结 语

以上并不是最优调度方法和最优参数，可能有不当之处，待进一步研究；不统一调度不行；过分空库调度没有必要且有害；低水头电站的联调不是万能，实际调度证明，在超过一定量级的大流量时，即使适时将所有电站的闸门全开，之后就没有能力调库水位了，如有可能发生淹没也只能预警撤离；关健是要保护河道，保持大的泄水能力，不在低洼地搞建设，不设阻水建筑物，不破坏河道，不侵占河道，规范河道采砂和河道两岸建设。