石垭子水库水能资源汛期调度运用计划探讨

【摘要】为了提高石垭子水库水能资源的利用，切实做好水库汛期的防洪调度和应急预案，充分利用库容，调节水能资源，在满足安全运行和保证电能质量的前提下，妥善处理蓄泄之间的关系，以充分发挥水能资源综合效益。

【关键词】水库；洪水调度；运行水位；库容

1、工程概况

石垭子水库位于洪渡河干流中下游，是洪渡河干流梯级的第六级，坝址以上流域面积2589km2，占全流域的69%。

石垭子大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高134.50m，坝顶高程547.50m，正常高水位544.00m，相应库容3.215亿m3，总库容3.492亿m3，调节库容1.564亿m3，属季调节水库；水库工程开发任务为水能资源发电，水库装机容量140MW，保证出力24.8MW，年发电量4.782亿kW·h。

石垭子水库工程属Ⅱ等大（2）型工程，枢纽建筑物由碾压混凝土重力坝、右岸引水发电系统和地下厂房组成。

2、洪水调度原则

石垭子水库开发任务为发电，水库无下游防洪要求，工程洪水调节主要是保证大坝与厂房的防洪安全。

石垭子水库水库正常蓄水位544.00m，死水位520.00m，总库容3.492亿m3，最大坝高134.50m，装机容量140MW。本工程主要建筑物碾压混凝土重力坝、溢洪道为二级建筑物，设计洪水标准按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核；引水系统、发电厂房为三级建筑物，洪水标准按100年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

石垭子水库起调水位为正常蓄水位544m。

当来流量小于起调水位544m相应的泄流能力时，来多少泄多少，水库水位基本维持在544m；当来流量大于等于正常蓄水位相应的三孔最大泄量时，按敞泄方式进行泄洪，水库水位开始上涨，直至来流量与泄流量相等，水库水位达到最高点，当来流量小于水库水位相应的泄流能力时，水库水位开始下降，直至水库水位下降至正常蓄水位。

根据水电工程水利计算规范，当入库流量小于等于厂房设计标准洪峰时，机组全部过流参与泄洪；当入库流量大于厂房设计标准洪峰小于等于厂房校核标准洪峰，机组一半参与泄洪；当入库流量大于厂房校核标准洪峰时，机组不参与泄洪。

实际调度运行时，机组发电负荷根据电网要求运行，水库泄洪建筑物泄量考虑发电流量和预报等最终确定。

3、闸门运行分析

当洪水来临或者消退时，应根据洪水来量、水库水位、泄量以及泄洪建筑物的消能情况和大坝安全的要求，确定闸门开启或关闭顺序。

3.1 闸门开启（关闭）原则及顺序

石垭子闸门开启原则为尽量对称开启，避开振动区运行。

根据石垭子水库实际洪水调度，两边表孔未开启，中孔从1m开到9m，闸门无明显震动。参照同类坝型水库闸门开启原则，本次调度计划暂定开闸顺序为：中孔先开，两边孔对称开。洪水调度闸门开启顺序为中表孔首先开启泄洪；当开至一定开度（10m），泄量仍不足以宣泄入库洪水时，对称开启两个边表孔泄洪；还需要更大泄流能力时，再加大中表孔开度，或两边表孔开度。

实际操作时，根据入库流量预报结合闸门运行工况，可灵活确定闸门开度。如在某一开度发现闸门震动时，应适当调整开度，避免闸门停留在振动较大的开度区泄水。

3.2 闸门状态方案初拟

理论上，弧形闸门操作灵活，可开任意开度，当水位确定时，由开度可控制下泄流量，然而来水量与下泄量每时每刻均完全相等，闸门启闭就相当频繁，同时闸门启闭本身需要一定时间，要使闸门的开启孔数与开度每时每刻均与洪水过程线符合是不可能的。本次设计调度计划，对石垭子闸门开启节点设置为：石垭子闸门孔流状态时，每隔1m设置一个开启节点，从全关到15m开度，共有16个节点，闸门开启超过15m后，表孔内流态为堰流状态，堰流状态时，直接全开，不再设节点。泄洪闸门操作时，某一操作方案确定三个闸门各有各的开度，此闸门开度组合对应一个闸门状态，根据表孔开启顺序及闸门开启节点，本次调度计划设计有闸门状态方案共33个，详见下表。

石垭子水库闸门状态方案及各方案库水位544m 对应泄量 单位：m3/s

状态编号123456789

闸门开度

（m）1#000000000

2#012345678

3#000000000

溢洪道泄量0181361542723903105311931323

状态编号101112131415161718

闸门开度

（m）1#001234567

2#91010101010101010

3#001234567

溢洪道泄量144315521914227426362998335836583938

状态编号192021222324252627

闸门开度

（m）1#8910101010101011

2#101010111213141515

3#8910101010101011

溢洪道泄量419844384656478549295072521353535611

状态编号282930313233

闸门开度

（m）1#1213141515全开

2#15151515全开全开

3#1213141515全开

溢洪道泄量589961856467674768377017

由于闸门运行时振动区的不确定性，实际运行时，上面方案中部分闸门开度可能会落在振动区内，而且不同闸门振动区也不同；当闸门开启某一开度处于振动区时，可采用一边闸门减小开度另外一边闸门增加开度，达到避开振动区运行，同时基本满足泄量与入库流量相当的要求。由上面分析，闸门状态方案在实际运行时，应根据实际运行工况及预报等边界条件进行调整补充。

根据各闸门状态泄流量及涨落水最大值选取合适的闸门状态泄洪；当入库流量大于等于溢洪道最大下泄流量时，闸门全开，按泄洪建筑物最大泄流能力泄洪。

以当前时刻入库流量及趋势初步确定闸门状态，入库流量落在两个闸门状态泄量之间，且入库流量趋势为涨水，从安全角度考虑，开闸时刻泄量应略大于入库流量及前一时段涨率之和，则应采用泄量大的闸门状态泄洪；如果入库趋势为退水，泄量可略小于入库流量及前一时段退水率之差，则应采用泄量小的闸门状态，让库水位在正常蓄水位以内（附近）运行。

3.3 运行水位范围

在洪水调度过程中，因两个相邻闸门开度之间泄量相差90～360m3/s，与洪水实际变幅不能完全匹配，为避免由于开度小泄量小于来流量，在入库洪水没有达到3孔敞泄对应流量时水库水位超过正常蓄水位，在洪水调度时，需结合预报，适当加大泄量。水库水位消落泄洪过程过中，水库水位消落过多将影响发电效益，需控制在一定变幅。

在涨水阶段，选择的闸门状态泄量略大于入库流量，此泄量除考虑宣泄当前入库流量外，应考虑一定的洪水涨率作为余度，使水库水位下降。泄量大于入库流量，会造成水库水位连续下降，带来的问题之一是洪峰过后较难回蓄到正常蓄水位，造成水资源浪费；问题之二是短时间内水库水位变幅较大，

对库岸稳定及机组稳定运行不利，因此水库水位下降幅度应控制在一定范围内。

4、合理性分析

按闸门控制进行洪水调度后，5年一遇、20年一遇洪水坝前水位不变，不会影响水库淹没赔偿的问题。

本次洪水调度研究，各频率洪水采用统一的原则调度，计算出的设计成果与下闸蓄水自检阶段成果对比表如下。

根据对比参数，本次采用的运行调度计划调洪成果比下闸蓄水自检成果均低。主要原因是涨水阶段控制泄量略大于入库流量，说明本次运行调度计划可保证石水库达到原设计洪水标准安全性，洪水运行调度计划可行。

5、结论与建议

5.1结论

当来流量小于起调水位544m相应的泄流能力时，来多少泄多少，水库水位基本维持在544m；当来流量大于等于正常蓄水位相应的三孔最大泄量时，按敞泄方式进行泄洪，水库水位开始上涨，直至来流量与泄流量相等，水库水位达到最高点，当来流量小于水库水位相应的泄流能力时，水库水位开始下降，直至水库水位下降至正常蓄水位。

在实际运用时，水库机组参与泄洪需根据电网调度要求进行，为利用洪水资源，泄洪期间发电调度应尽量满发。

水库在加入准确的长时段洪水预报，预计将闸门组合保持某一状态较长时间段，前期泄量大于入库洪水，腾出部分库容，让此次洪峰顺利通过水库，后期及时关闸蓄水拦截洪水过程尾巴，此洪水调度方式有利于提高石垭子水库的安全性，保证水库的稳定运行。

在准确预报来水的情况下，还可进行预泄或是错峰等水库调度，在水库实际调度中，应不断总结预报与调度方案的结合方式，以获得较好的水库调度效益。

泄流曲线为设计值，与实际情况可能有区别，建议石垭子水库对泄洪设施做原型观测实验，以复核出较准确的泄洪基础条件，使将来调度运行计划更安全可靠，特别是石垭子闸门小开度节点安全性最好由原型观测实验确认。

参考文献：

[1]李群.刘卫东.试点水库汛限水位研究中的设计洪水计算方法探讨[A].中国水力发电工程学会水文泥沙专业委员会第四届学术讨论会论文集[C].2003年.

[2]杨勋.邓清树.刘翔：居甫渡水库导流与防洪度汛[J].云南水力发电，2009.

作者简介：杨正勇，（1978-），男，贵州凯里人，工程师，从事水工设计及工程建设管理工作研究。