乌江思林水电站汛限水位动态控制研究

唐洪波 范正行

中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 贵州 贵阳 550081

引言

乌江是长江上游右岸最大的一条支流，流域面积10874km2，河流全长273km。思林水电站为乌江干流水电规划（从上到下）的第8个电站，2009年建成发电，坝址流域面积48558km2。

思林水电站开发任务以发电为主，其次为航运，兼顾防洪、灌溉等。水库正常蓄水位440.00m，6～8月设计汛期防洪限制水位为435m，防洪库容1.84亿m³，电站具有日调节性能，装机容量1050MW，多年平均发电量40.64亿kWh。

1 动态控制的可行性

从思林电站实际运行情况来看，当库水位低于437.0m时，电站将受到不同程度的发电受阻影响，特别是在汛期时，因受汛限水位的控制，当来流量较大时，电站发电水头降低，发电受阻损失较大。在确保思林水库原法定汛期防洪限制水位不变、大坝安全和不降低下游各防护对象防洪标准的前提下，将思林水电站原设计汛期限制水位435m改为汛期动态控制水位运行，对于提高思林汛期运行水头，减少机组受阻，增加电站的容量和电量效益有较为重要的意义。同时，水库控制流域内已建成可靠的水文自动测报预报系统和洪水调度系统，且入库洪水预报方案具有足够长的预见期，为思林水库实行汛限水位的动态控制提供了较高的可行性。

2 研究的原则

2.1 不改变思林电站原防洪标准，确保思林大坝安全

思林大坝设计洪水标准为500年一遇，校核洪水标准为500年一遇重现期；厂房设计洪水标准为200年一遇，校核洪水标准为500年一遇。

思林可研设计时，大坝及厂房设计、校核洪从440m起调，大坝校核洪水位449.27m，大坝设计洪水位444.83m。动态控制是针对从435m到440m范围的研究。当思林水库采用动态控制汛期水位时，即便发生大坝设计、校核标准的洪水，起调水位均低于可研时的440m，最终大坝设计、校核洪水位也不会高于可研调洪结果，不影响工程安全。

2.2 不改变思林防洪任务

思林下游约3km的右岸是塘头大片耕地，天然情况下，塘头防洪能力为2年一遇，相应流量9320m3/s。思林水库主要承担塘头粮产区和思南县城的防洪任务，并配合长江中下游的防洪。

可研设计时，为提高下游防洪对象塘头粮产区和思南县城的防洪标准，思林水库需将坝址5年一遇洪水削减到2年一遇、20年一遇洪水削减到10年一遇。本次研究思林汛期水位动态控制，不改变思林可研阶段确定的防洪任务。

2.3 不增加思林水库淹没损失

思林水库农村居民点、一般城镇和一般工矿区淹没外包线由如下两条回水线组成的：一是以正常蓄水位440m为起始水位，按枯水期20年一遇洪水推求的回水线；二是以汛期限制水位435m为起始水位，按20年一遇洪水推求的回水线。

思林水库耕地、园地淹没外包线由如下两条回水线组成的：一是以正常蓄水位440m为起始水位，按枯水期5年一遇洪水推求的回水线；二是以汛期限制水位435m为起始水位，按5年一遇洪水推求的回水线。

思林可研设计时，已按上述外包线调查成果，确定了移民淹没赔偿线，本次汛期水位动态控制研究不增加水库淹没。

2.4 不改变构皮滩的调洪运行方式

构皮滩泄洪设施由坝身孔口和岸边泄洪洞组成。坝身孔口由6表孔、7中孔、2放空底孔组成。本次汛限水位动态研究以不改变构皮滩的调洪运行方式为基本前提。

3 暴雨洪水特点

本流域属于亚热带季风气候区，洪水由暴雨形成，洪水特性与暴雨特性和流域的自然条件密切相关。

流域内大暴雨多发生在6～8月份，持续时间大多在1～2天，而以一天为最多。一般从5月份开始有洪水出现，到10月份基本结束。从峰现时间看，6～7月份年最大洪峰出现次数最多，占全年的70%。

构皮滩～思林为无控区间，流域面积5307km2，占思林坝址流域面积的11%。区间山丘起伏，地形复杂，暴雨常呈块状或带状分布，持续时间一般为1～3天，一天以内暴雨强度最大。近坝区的六池河凤冈、绥阳场一带，最大24h点雨量为300～400mm，思南水文站附近为300mm，石阡河上游、浑塘河至湘江上游小支流湄江为200mm。

构皮滩至思林洪水传播时间约9h，区间洪峰主要由一日暴雨造成，由于暴雨强度大而集中，再加上坡度较陡，汇流迅速，区间洪水过程一般陡涨陡落，一次洪水过程主要集中在三日洪水过程线内。年最大洪峰主要出现在5～8月，其中6～8月出现频次占全年的73.21%。构皮滩～思林区间20年一遇设计洪峰流量2700m3/s，5年一遇设计洪峰流量3890m3/s。洪水持续时间2～4日左右，最大1日洪量占洪水总量的比例在40%～80%之间，洪水持续时间越短，1日洪量所占比例越大。

4 方案拟定

水位动态控制范围上限确定方法主要有预报调度法[1]、库容补偿法[2]、预泄能力约束法[3]等。预报调度法组合条件较多，对洪水调度的判断较为繁杂；库容补偿法会影响构皮滩水库的调度方式。综合分析思林水电站汛期动态水位控制研究采用预泄能力约束法。方案的具体操作步骤如下：

（1）当思林天然入库流量大于机组发电流量、小于最高通航流量4420m3/s时，根据9小时预报成果，采用最大入库流量控制总泄量，扣除发电流量后，采用闸门局开下泄多余水量，使思林库水位降低，但总泄量不能超过4420m3/s。

（2）当思林天然入库流量大于4420m3/s小于9320m3/s时，无航运要求，可根据9小时预报最大入库流量下泄洪水，降低库水位到435m，但下泄总流量不能超过9320m3/s。

（3）当思林库水位下降到435m，天然来流量继续上涨，按可研设计的洪水调度方案进行洪水调度，大坝安全度达到与可研设计一致。

从437.5m方案开始，当入库流量大于机组发电流量开始预泄，所有实测洪水均能在9320m3/s流量出现前降到435m，438m方案未降到435m的实测过程只有一场洪水，而且仅高出0.06m。为留足安全余度，推荐思林水库汛限水位动态控制的上限为437m。

5 风险分析

思林水库汛限水位动态控制主要风险因素有：思林水电站工程安全度风险、思林水电站上游淹没风险、思林水电站下游防洪风险、思林水库泥沙淤积风险、思林水电站预泄决策风险。推荐思林水电站汛限水位动态控制上限水位低于正常蓄水位，风险评价着重对思林水电站预泄决策风险进行定量分析。在洪水预报过程中，假定净雨预报误差、洪峰流量预报误差、峰现时间预报误差三者之间是独立无关的，则可将风险定义为：在一次降雨径流预报过程中，净雨的预报误差大于规范允许误差，洪峰流量预报误差大于规范允许误差，峰现时间预报误差大于规范允许误差，三者至少发生之一的概率，可描述为：

从计算结果来看，洪峰流量预报的风险率为2.94%，满足允许风险率应小于20%，满足水资源系统对风险率的要求。即使考虑预报误差20%的情况下，以动态汛期水位控制进行调洪计算，计算结果即使最不利情况时考虑预报误差，水位仍然可以降至435.0m。

6 效益分析

思林水电站的开发任务是以发电为主，汛期水位动态控制的效益主要体现在电量上。根据选定的丰、平、枯水年6～8月逐日径流资料及各代表年洪水逐小时过程，进行洪水兴利连续调节，即：无洪水时段，库水位保持在437m运行；当遇洪水来流量大于1874m3/s小于9320m3/s，库水位逐步从437m降到435m；遇洪水来流量大于9320m3/s时，水位按435计算。计算6～8月水位动态控制时丰、平、枯三年平均电量为15.37亿kWh，与6～8月水位控制在435m电量为14.55亿kWh比较，可多获得0.82亿kWh电量效益。

7 结束语

通过本文汛限水位动态控制研究，思林水电站汛期运行水位上限设置为437m，可在保证电站安全和不改变上下游防洪标准的前提下获得较好的发电效益。

水库汛期水位动态控制运用现在已有大量的研究及应用实例，但随着我国大量水利、水电工程逐步建设完成，水库水位动态控制研究和应用的前景非常广阔。现在，水文与气象预报精度的提高和水文遥测系统的不断发展以及新理论的逐渐成熟为汛期运行水位的提高、增加水库重复库容提供了良好的条件。