浅谈海南琼中抽水蓄能电站水库调度

刘泽佳,郭 凡，余良城

(海南蓄能发电有限公司，海南海口570100)

1 水库概况

海南琼中抽水蓄能电站(以下简称“海蓄电站”)位于海南省琼中县南渡江腰仔河支流黎田河上游段，为二等大(2)型工程，主要承担海南电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等任务。电站利用黎母山林场场部以南约2.5 km处原大丰水库库区作为上水库，控制流域面积5.41 km2，主要建筑物有主坝、副坝1和2及竖井式溢洪道，正常蓄水位567.00 m，死水位560.00 m，调节库容499.6万m3，死库容274.6万m3，总库容925.3万m3；下水库位于黎母山林场一分区场部以南约420 m处的黎田河上，控制流域面积17.51 km2，主要建筑物有大坝、弧形闸门控制溢洪道和锥形阀控制放水底孔，正常蓄水位253.00 m，死水位239.00 m，调节库容499.5万m3，死库容232.9万m3，日调节水库总库容843.8万m3。水库挡水建筑物按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核。

2 水雨情综述

2.1 水文资料

大丰雨量站，位于黎田河与腰仔河交汇处，1959年开始有刊布资料。测雨仪器高程180m，器口离地面高度0.7 m。统计1959年～2015年共57 a实测年、月降雨量，上、下库雨量代表站多年年、月平均降水量见表1；上、下库坝址多年各月平均流量及年内分配详见表2。

上、下水库坝址多年平均流量分别为0.254、0.822 m3/s，多年平均天然年径流量分别为801万m3和2 592万m3。

2.2 水库运行资料

下水库于2017年3月下闸蓄水，上水库于2017年6月完成导流洞封堵并开始蓄水。海蓄电站拥有一套水情监测系统(1个中心站，2个坝前雨量站)用于实时监测水库水位和流域水情，截止目前已获取一个完整年的水雨情数据：2017年汛期(5月～10月)，电站流域降雨量达1 784 mm，为流域多年同期均值(1 819 mm)的98%；在降水时间分布上，5月、7月、9月、10月大于多年同期均值，6月和8月则少于同期均值。水库运行以来最大降雨发生在2018年8月10日，当日12 h累计降雨量达177 mm，为特大暴雨，期间最大入库流量达279 m3/s，达到设计给出的5年一遇洪水级别。

表1 上、下库雨量代表站多年年、月平均降水量 mm

表2 上、下水库坝址多年各月平均流量及年内分配

3 水库日常运作

3.1 日常运作原则

海蓄电站的建立目的是承担海南电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等任务，无供水、灌溉等综合利用功能，故水库运行最佳总库容为既可充分利用水能又不发生泄流状态下的库容。即：上库发电至死水位、下库至正常蓄水位，此时上、下库总库容为1 006.97万m3；或下库抽水至死水位、上库至正常蓄水位，此时上、下库总库容为1 007.11万m3；上、下库运行的最佳总库容取两者较小值，为1 006.97万m3。

(1)保证大坝安全，正常运行时上/下库水位均不得超过其正常蓄水位567.00 m/253.00 m。

(2)在满足上、下库水位控制的前提下，总库容在975万～1 075万m3内对水库、大坝安全没有影响，故正常运行状态时上、下库总库容控制在975万～1 075万m3之间。

3.2 日常运作计算

3.2.1 机组发电可运行时间

机组发电可运行时间直接与上库水位和库容有关，按发电至死库容计算；同时下库不泄洪作为约束条件。

(1)发电时间计算公式：①根据上库水位计算上库库容，结合海蓄电站上库水位-库容表、利用线性插值法得到当前水位对应上库库容A1；②上库死库容(死水位对应库容为死库容)A死=274.58万m3；③G=1台机组满发每小时26.28万m3，多台机组以此计算以此类推；④1台机组可运行小时数h=(A1-A死)/G。

(2)校验条件为上库发电至死水位，确保下库在正常蓄水位253 m以下：①根据下库水位计算下库库容，结合海蓄电站下库水位-库容表、利用线性插值法得到当前水位对应下库库容D1；②下库正常库容(正常蓄水位对应库容为正常库容)D正常=732.39万m3；③校验条件(A1-A死)≤(D正常-D1)。

(3)结果：如果(A1-A死)≤(D正常-D1)，表明机组可发电至上库死水位；如果(A1-A死)>(D正常-D1)，表明机组发电至水库死水位时，下库水位将超正常蓄水位253 m，机组发电可运行时间将小于计算值。亦即，机组不能发电至上库死水位，此时1台机组发电可运行小时数h=(D正常-D1)/G。

3.2.2 机组抽水可运行时间

机组抽水可运行时间，直接与下库水位和库容有关，按抽水至死库容计算，同时以上库不泄洪作为约束条件。

(1)抽水时间计算公式：①根据下库水位计算下库库容，结合海蓄电站下库水位-库容表、利用线性插值法得到当前水位对应下库库容D1；②下库死库容(死水位对应库容为死库容)，D死=232.93万m3；③P=1台机组满抽每小时21.6万m3，多台机组以此类推；④1台机组抽水可运行小时数h=(D1-D死)/P。

(2)校验条件为下库抽水至死水位，确保上库在正常蓄水位567 m以下：①根据上库水位计算上库库容，结合海蓄电站上库水位-库容表、利用线性插值法得到当前水位对应上库库容A1；②上库正常库容(正常蓄水位对应库容为正常库容)A正常=774.18万m3；③校验条件(D1-D死)≤(A正常-A1)。

(3)结果：如果(D1-D死)≤A正常-A1)，表明机组可抽水至下库死水位；如果(D1-D死)>(A正常-A1)，表明机组抽水至下库死水位时，上库水位将超正常蓄水位567 m，机组发电可抽水运行时间将小于计算值。即机组不能抽水至下库死水位，此时1台机组抽水可运行小时数h=(A正常-A1)/P。

4 水库防洪调度

海蓄电站处于热带海洋季风气候区北缘，其特征为：夏长无酷暑，冬短无严寒；春旱夏雨秋末阴，八九十月有台风。台风雨为本流域主要降雨形式，水量产汇条件极好，一次台风即有可能使电站区域遭遇洪水，防洪调度尤为关键。

4.1 泄洪设施的运用

4.1.1 上水库

上水库泄水设施为竖井式溢洪道，堰顶高程为正常蓄水位567.00 m，水库水位超过正常蓄水位时，洪水从堰上自由泄流。

4.1.2 下水库

下水库泄水设施包括弧形闸门控制溢洪道和锥形阀控制放水底孔。

(1)下水库水位高于死水位239.00 m且低于堰顶高程245.00 m时，溢洪道不具备下泄洪水条件，只能开启放水底孔锥形阀泄洪(最大下泄流量51.6 m3/s)；泄流时间综合考虑库区水位、入库流量、发电(抽水)工况流量、生态放水流量、天然蒸发量等叠加情况。

(2)当下水库水位高于堰顶高程245.00 m，溢洪道具备泄流能力后可参与泄洪。溢洪道起挑流量为200 m3/s，当泄流量小于200 m3/s时，禁止溢洪道运行；水库水位249.40 m时，溢洪道闸门全开度泄流能力200 m3/s。因此，库水位低于249.40 m时，不能运用溢洪道，只能通过放水底孔泄洪；当库水位高于249.40 m且需开启溢洪道闸门泄洪时，当前库水位和需下泄流量根据溢洪道下泄流量—库区水位—闸门开度关系曲线得到闸门开度值，闸门开度及持续时间综合考虑库区水位、入库流量、发电(抽水)工况流量、生态放水流量、天然蒸发量等叠加情况。弧形闸门开启过程中，两扇闸门应对称开启(避免泄槽内形成折冲水流)，按流量逐级递增或递减，严禁一次启闭到位；同时密切关注下游河道的水位、流态的变化，避免下游河道较大的冲刷与恶劣水流流态的发生。

(3)始终控制下泄流量不大于已出现的最大天然入库流量，不制造人为洪峰。

4.2 泄洪起始库容

电站汛期与非汛期目标总库容如表3所示。

表3 正常运行期每年月末库容控制 万m3

各月的水库调度按照目标总库容进行控制，考虑到实际运行情况，允许各月控制偏差在±25万m3：汛期以5月为例，当水库总库容达到1 025万m3时开始泄洪，至975万m3结束泄洪；非汛期以12月为例，当水库总库容达到1 075万m3时开始泄洪，至1 025万m3结束泄洪。

4.3 下游河道行洪能力

海蓄电站上水库泄洪洞出口无居民聚居，行洪无风险。下水库坝址下游沿河道分别有烂田村、保蕊村、大丰农村3队等村落，比较明显的居民聚居点约有7个，居民聚居点1为烂田村，靠近黎田河，高程较河岸高约1～2 m，最易受淹，风险较大(见图1)。下水库坝址下游至黎田河河口13.5 km范围内河道共42个断面的测量资料显示：烂田村村前交通桥(图1上聚居点1的位置)，距离坝址约1.67 km，桥面高程193.4 m，桥厚约0.4 m，是黎田河下游河道行洪能力控制断面。经泄水实验知，当下水库实际泄水流量达到24 m3/s，河道水面距离桥底仅7 cm，故将24 m3/s的下泄流量作为日常泄水和需要启动水库泄洪应急处置方案的分界点。

图1 下水库下游河道居民聚居分布

4.4 防洪调度原则

(1)考虑下库锥形阀泄洪流量大于24 m3/s将淹没烂田村交通桥，无特殊情况(超标洪水或其他危及大坝安全等)，总库容小于1 250万m3时，泄洪流量不大于24 m3/s。若需大于24 m3/s，须上报当地三防办，并启动电站相关应急预案。

(2)下库锥形阀流量大于5 m3/s将淹没下游南吉新村便桥，选择泄洪流量时应尽量便于当地村民通行(雨天全天或晴天的19点至23点无通行需求)。

(3)防洪调度须满足当地三防办的统一指挥。

5 结 语

海蓄电站自首台机组投产以来，水库日常运作与防洪调度皆安全顺利进行。一方面归因于防汛机构的建立、防汛责任制的落实和相关制度的完善，一方面科学合理的水库调度方案功不可没，其中电站水情系统的应用更是至关重要的一环。该系统设立之初的目的是为电站工作者实时报送水雨情信息、实现复杂水情数据自动化计算、提供洪水预报和优化水务综合管理。前两项功能已实现并经受住了近一年的水库调度检验，美中不足的是洪水预报软件得到的预测值经后期人工复核与实际偏差较大，分析原因：一是该软件模型仍需进一步优化；二是模型数据库水雨情数据体量不足。现阶段电站的洪水预报和水务管理仍需参考历史水文资料，借助气象预报和人工实时计算来把控，不仅耗费人力物力，而且精度不高。为提高水库调度管理和决策水平，实现水库安全和效益最大化，加快推进电站水情监测系统的建设为下一步水库调度的重点工作。