亭子口水利枢纽常遇洪水实时预报预泄调度的运用

2018-03-28

四川水利 2018年5期

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

亭子口水利枢纽是川东北地区骨干调峰电源，2013年6月18日下闸蓄水，8月9日首台机组正式并网发电；2014年5月1日4台机组全部投产发电。截止2018年汛前，亭子口水利枢纽已经经受住了5个完整汛期的考验，成功调度了多场洪水，并有效开展了多次预报调度，显示出常遇洪水实时预报预泄调度的巨大效益。

如何科学合理地开展常遇洪水预报预泄调度，提高洪水资源利用率，优化水库调度，实现防洪减灾，一直是水库调度工作的重要任务。本文对《嘉陵江亭子口水利枢纽常遇洪水实时预报预泄调度研究》成果和近年开展的常遇洪水实时预报预泄调度实际情况进行了叙述，并对常遇洪水实时预报预泄调度进行了总结分析。

1 概述

1.1 工程概况

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，下距苍溪县城约15km，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。

水库正常蓄水位458.00m，防洪限制水位447.00m，死水位438.00m，设计洪水位461.30m，校核洪水位463.07m，总库容40.67亿m3。水库预留防洪库容10.6亿m3(非常运用时为14.4亿m3，非常运用水位为461.30m)，可灌溉农田19.476万hm2，电站装机1100MW，通航建筑物为2×500t级。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》确定，本工程等别为Ⅰ等，工程规模为大(1)型。工程坝型为混凝土重力坝，枢纽布置为：河床中间布置8个表孔、5个底孔及消能建筑物，底孔(兼作排砂孔)布置在表孔左侧，河床左侧布置坝后式电站厂房，河床右侧布置垂直升船机，两岸布置非溢流坝段。

1.2 降雨洪水特性

嘉陵江流域降水的总趋势是由南向北递减。亭子口以上流域各站多年平均降水量400mm～1200mm，面平均降雨深720mm。亭子口以上流域暴雨多发生在4～10月，80%的暴雨发生在7～9月。单站暴雨持续时间最长可达3d。

嘉陵江流域洪水主要由暴雨形成，属陡涨陡落型洪水，年最大洪水发生时间以7、8、9三个月最多，6月次之，5、10月亦偶有发生，但量级较小。7～9月主汛期洪峰出现次数占全年84.7%，其中出现在7月份的机率最大为38.5%，其次是9月为25%。

嘉陵江一次暴雨过程约5d～7d，其中主峰历时2d～3d；一次洪水过程约为3d～7d，峰顶时间一般为0.5h～2h，洪水过程线形状多为单峰，当嘉陵江上游与白龙江及区间降水时间错开时，也时常出现双峰或多峰的洪水过程。

2 防洪任务及调度原则

2.1 防洪任务

亭子口水库防洪任务是确保枢纽自身防洪安全；承担嘉陵江中下游的防洪任务，将南充市、阆中市的防洪标准由20年一遇提高至50年一遇；提高苍溪、南部、仪陇、蓬安、武胜等5座县城的防洪标准；提高沿江乡镇、集中居民村落和成片农田的防洪标准；配合三峡水库分担长江中下游防洪任务；必要时，与嘉陵江水库群联合运用，减轻重庆市防洪压力。

当发挥防洪作用与保证枢纽工程安全有矛盾时，服从枢纽建筑物和工程安全进行调度。

2.2 汛期调度原则

根据不同防洪保护对象的需求和工程条件，当发生洪水时，亭子口水利枢纽汛期调度基本原则如下：

(1)主汛期6月21日～8月31日，在保证枢纽安全的情况下，水库可在防洪限制水位447m上下一定范围内动态控制运用；

(2)当来水不超过10年一遇洪水时，亭子口水库采用“固定下泄量法”的防洪调度方式，以保护下游沿江乡镇和农田为目标；

(3)当嘉陵江中下游发生不超过50年一遇洪水时，亭子口水库按对嘉陵江中下游的防洪调度方式，动用预留的正常运用防洪库容(10.6亿m3)，控制南充流量不超过25100m3/s，并且库水位不超过458m；

(4)当嘉陵江中下游发生超过50年一遇洪水时，可动用非常运用的防洪库容(3.8亿m3)，控制库水位不超过461.3m；

(5)当长江中下游防洪需要时，亭子口水库发挥拦蓄作用，配合三峡水库对长江中下游的防洪调度目标；

(6)当库水位超过461.3m时，按保枢纽安全方式调度。

2.3 汛期调度方式

根据枢纽主要防洪任务，拟定2018年汛期防洪调度方式如下：

(1)6月21日至8月31日期间，一般情况下水库兴利水位按不高于防洪限制水位运行，如来水小于10000m3/s时，按来量下泄。实时调度过程中，视实时水雨情、枢纽状况和防汛形势，根据《嘉陵江亭子口水利枢纽常遇洪水实时预报预泄调度研究》成果，可适时调整水电站运行水位；

(2)当水库来水小于10年一遇且南充市未出现汛情(水库来水在10000m3/s～18000m3/s之间，且南充流量小于20000m3/s)时，水库采用固定下泄量法调度，下泄流量不超过10000m3/s；

(3)当南充出现汛情且南充天然洪水小于50年一遇时，亭子口水库采用补偿调节方式对嘉陵江中下游进行防洪补偿调度，控制南充流量不超过25100m3/s，控制库水位不超过防洪高水位458m；

(4)当南充天然洪水超过50年一遇时，亭子口水库利用非常运用库容，进行错峰、削峰调度，减轻南充等城镇的洪灾损失，控制库水位不超过461.3m；

(5)当长江中下游发生大洪水时，与长江上游水库群联合运用，减少汇入三峡水库的洪量，配合三峡水库分担长江中下游防洪任务；

(6)必要时，与嘉陵江水库群联合运用拦蓄嘉陵江来水，减轻重庆市境内嘉陵江干流河段防洪压力；

(7)当库水位达到461.3m后，按保枢纽安全方式进行调度。

3 常遇洪水实时预报预泄调度研究

3.1 常遇洪水标准

根据对历史洪水统计及下游区间洪水研究，亭子口水利枢纽常遇洪水范围为：入库流量小于10000m3/s的洪水。

3.2 实时预报预泄调度启动条件

(1)亭子口水库进行兴利调度过程中，若需要亭子口水库进行防洪调度时，以服从防洪调度为原则；

(2)长江中下游汛期平稳，在可预见的时间内(3d～5d)长江中下游不需要嘉陵江启用防洪调度，短中期气象预报长江中下游均无强降雨发生；

(3)短中期气象预报嘉陵江流域无强降雨发生，在可预见期内不需要亭子口启用防洪调度；

(4)未来24h内亭子口入库洪峰流量小于10000m3/s或出现过较大洪水，但入库流量已退至10000m3/s以下且天气形势明朗、24h内仍处于退势；

(5)南充市水位站水位低于269.30m；

(6)在可预见时间(24h)内，嘉陵江亭子口上游和亭子口至南充区间无明显的强降雨过程，无发生较大洪水的可能(即亭子口最大入库流量不会大于10000m3/s，且下游区间发生大洪水的可能性很小)；

(7)在考虑预见期降雨的情况下，亭子口水库超蓄水量在24h预见期内预泄至汛限水位后，南充市水位站水位低于270.80m(警戒水位)。

3.3 实时预报预泄调度控制指标

以利用水文气象预报进行预报预泄，确保亭子口水库能及时降至防洪限制水位，减少水库弃水，发挥水库的综合效益为原则，运行水位按以下指标控制：

(1)当库水位位于汛限水位附近及以上时，电站机组原则上满负荷运行；

(2)实况入库流量小于机组满发流量1730m3/s，未来24h预见期内入库流量小于10000m3/s时，水库运行水位按不超过451.40m控制，下泄流量不大于10000m3/s；

(3)实况入库流量大于机组满发流量1730m3/s但小于6000m3/s，未来24h预见期内入库流量小于10000m3/s时，水库运行水位按不超过449.17m控制，下泄流量不大于10000m3/s；

(4)当预报未来24h内入库流量可能超过10000m3/s，预报下游区间将出现中等强度以上系统性降雨南充可能超警戒水位时，或按最大泄量10000m3/s预泄后下游南充将超警戒水位，应及时预泄至汛限水位，最大预泄流量不大于10000m3/s；

(5)当来水流量大于10000m3/s时，预报调度转入防洪调度。

3.4 实时预报预泄调度方式

(1)当实况入库流量小于机组满发流量，未来12h～24h预见期内入库流量小于机组满发流量时，水库运行水位按不超过451.40m控制，最大下泄流量不大于6000m3/s；

(2)涨水段，当实况或未来12h～24h预见期内入库流量大于机组满发流量1730m3/s但小于6000m3/s，应根据来水情况逐步降低水库运行水位，水库运行水位按不超过449.17m控制，最大下泄流量不大于6000m3/s；

(3)涨水段，当实况或未来12h～24h预见期内入库流量大于6000m3/s且小于10000m3/s时，应根据来水情况再次降低水库运行水位，最大下泄流量不大于10000m3/s；

(4)涨水段，当实况或未来12h～24h预见期内入库流量大于10000m3/s时，应及时降低水库运行水位至汛限水位447m，最大下泄流量不大于10000m3/s；

(5)涨水段，当实况入库流量大于10000m3/s时，按防洪调度方式进行调度；

(6)退水段，未来12h～24h内亭子口入库洪峰流量小于10000m3/s或出现过较大洪水，但入库流量已退至10000m3/s以下且天气形势明朗、24h内仍处于退势，可相机按涨水段流量级控制的最高水位逐步抬高水库水位，但不超过451.40m；

(7)当预报未来有中等强度以上降雨，或预报南充来水将达到17000m3/s时，应提前逐级预泄。

3.5 主汛期末实时预报预泄调度控制指标

为合理利用洪水资源，减少水库弃水，充分发挥水库的综合效益，主汛期末(8月15～31日)水库运行水位按以下指标控制：

(1)实况入库流量小于机组满发流量1730m3/s，未来24h预见期内入库流量小于6000m3/s，且在可预见的时间内(3d～5d)无较强降雨过程时，经防汛主管部门批准，水库运行水位可在451.40m的基础上适当上浮；

(2)实况入库流量大于机组满发流量1730m3/s但小于6000m3/s，未来24h预见期内入库流量小于6000m3/s时，水库运行水位按不超过451.40m控制，下泄流量不大于6000m3/s；

(3)实况入库流量大于机组满发流量1730m3/s但小于6000m3/s，未来24h预见期内入库流量大于6000m3/s且小于10000m3/s时，水库运行水位按不超过449.17m控制，下泄流量不大于10000m3/s；

(5)当入库流量大于10000m3/s时，预报调度转入防洪调度。

4 常遇洪水实时预报预泄调度的实际运用

4.1 常遇洪水实时预报预泄调度的实际运用

常遇洪水利用效益主要体现在两部分：一是增加水库运行水头后，降低发电耗水率所增发的电量，二是抬高汛期运行水位后，增加蓄水量所增发的发电量。

(1)2014年7月中下旬，久枯的亭子口水库迎来首场洪水，洪峰流量4110m3/s，最大72h洪量5.77亿m3，库水位快速上升。为充分利用洪水资源，在预报库区上游后期无明显降雨过程的情况下，拦蓄全部洪水，超蓄洪水0.9亿m3，增发电约1600万kW·h；8月初，在预报8月8日左右库区上游将有一次较强降雨过程时，一边进一步跟踪水文气象预报信息，一边加强电力营销，争取最佳负荷，进行水库预泄、腾库迎峰调度，于8月7日，在洪水到来前将库水位从446.37m发电消落至444.95m，腾出库容1.1亿m3，通过预报调度，不仅减轻了防汛压力，同时重复利用库容增发电约1900万kW·h，取得了较好效果；

(2)2015年“6.28”洪水，此次暴雨强度大而集中，降雨过程自上而下，产、汇流速度快，洪水陡涨，预见期短，在该次洪水调度中，通过拦蓄洪尾，超蓄洪水约2亿m3，充分利用洪水资源增发电约3500万kW·h；

(3)2016年“7.26”洪水调度中，面对汛情，在准确研判上游来水趋势及后期天气变化的基础上，亭子口水库有效拦蓄洪水2.63亿m3，可增发电量4700万kW·h；本次调洪抬高水头1.9m，降低了耗水率，可增发电量500万kW·h；

(4)2017年8月，嘉陵江流域遭遇暴雨，来水由枯转丰，在确保度汛安全前提下，亭子口公司积极开展常遇洪水预报调度，中旬根据来水预测，通过争取负荷提前将库水位从447.41m降至445.77m，重复利用库容1.3亿m3，增发电约2300万kW·h；下旬实施汛期运行水位动态调整，在保证度汛安全前提下，提前分级蓄水，拦蓄洪水6.59亿m3，增加蓄能1.22亿kW·h。

近几年的常遇洪水实时预报预泄调度体现了显著的防洪作用，取得了良好的社会效益和经济效益。