花枝水库汛期优化调度运行分析

孙立颖

（太原理工大学建筑设计研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概况

汾阳市花枝水库属小（1）型水库，最大坝高12 m，上下游最大水头差为10.10 m，水库洪水标准为30年一遇设计，300年一遇校核。花枝水库坝址位于文峪河二级支流董寺河上石家庄村北的汾阳市西二环公路上游100 m 处。水库枢纽工程包括大坝和放水工程，其中大坝坝型为碾压式均质土坝，放水工程为泄洪排沙闸。花枝水库为调蓄库，坝址处两岸地面高程均为780 m，上游河底高程约为768 m，下游河底高程约为767.70 m，确定坝顶高程为780 m。

2 原汛期调度运行方式

花枝水库主汛期在5月下旬至9月初，设置防洪限制水位和预留防洪库容分别为775.50 m 和38.52 万m3，在保持上下游片区防洪负担不变的情况下，承担者重要的地区防洪任务。洪水调节的目的是确定水库泄洪建筑物的高程和尺寸，以确保工程本身的安全。花枝水库最大洪峰流量主要发生在汛期，除每年汛期第一场洪水外，当上游来水为设计洪水和校核洪水且库水位达到汛限水位时，泄洪建筑物开始泄洪。

花枝水库主要防洪对象为汾阳县县城，考虑到水库建成后20 年一遇入库设计洪水比原天然20 年一遇洪水大，故应进行调控，以免增大汾阳县防洪负担；在设计阶段县城规划防洪标准为20 年一遇洪水。结合以上设计，为保证水库大坝安全，所拟定的调洪方式为：入库流量不大于199 m3/s 时，应当根据实际来水量进行下泄；而当入库流量大于199 m3/s 时，应当根据流量相等原则控制下泄水量，直至库水位蓄积至773 m；当库水位不小于777.80 m 时水库应敞泄运行，以保证水库安全。

3 优化调度运行

结合该地区类似水利工程调度运行控制实践，采用的预蓄预泄法成效显著。该方法主要根据洪水预见期内水库泄流能力确定水库汛限水位上浮幅度。

该水库在相应汛期内加强运行调度控制重点应放基于防洪安全的基础上，充分考虑原设计防洪汛限水位而上下浮动一定范围，以满足防洪调度要求，通过预泄调度促使库水位回落至原防洪汛限水位以下，确保水库防洪拦蓄作用顺利发挥。

3.1 汛期水位变幅

花枝水库汛期水位变幅确定的前提为不影响水库防洪作用的发挥，减少电站调峰弃水并增强电站调度的灵活性。一方面，水库水位高于汛限水位后可能影响汾阳县县城防洪安全，故水库水位升高上限应以汛限水位为限；另一方面，考虑到花枝水库所对应的额定水头为23 m，即便是根据汛期所允许的最高水位进行汛限水位确定，电站出力仍会受到较大阻碍。为使发电量增大，应将电站日调节库容设置在防洪汛限水位以上。

考虑到花枝水库有冲沙要求，每年的首场洪水空库迎洪；水库生态效益要求水库在灌溉放水后到第二年蓄水前保留一定的水面面积；永田渠从水库穿过，渡槽槽底高程约为778 m，校核洪水位应满足渡槽安全要求。所以，此阶段考虑水库在灌溉放水后的首场洪水空库迎洪，首场洪水过后汛限水位定为773 m，最大泄流量为63.17 m3/s。目前水库下游董寺河河道行洪能力为20年一遇，水库300年校核洪水通过水库调节后最大下泄流量63.17 m3/s，小于董寺河20年洪峰流量93.30 m3/s。

3.2 预泄调度方式

汛期花枝水库水位浮动运行调度方式的确定必须考虑三个条件：一是为减轻沿河县城防洪负担，按20年一遇标准洪水控制，水库坝前最高洪水位应不超出773 m。考虑水库所处汾河流域文峪河水系一级支流董寺河河段现状安全泄量，下泄流量应控制在200 m3/s以内。

水库电站按照装机容量所确定的最大发电流量为255 m3/s，当电站来水量超出这一设计值时，为避免发生弃水，电站则不能采取调峰运行方式，无需进行日库容调节。所以，水库电站预泄方式起调时机应确定在洪水来水量255 m3/s 以上。为简化调度操作过程，当水库入库来水量不大于255 m3/s 时，水库电站应当采用按日进行调节的具体运行方式，并将实际水位控制在高出汛限水位但不超过允许上浮水位的范围；当水库入库来水量在255～400 m3/s时，应按照400 m3/s的固定流量预泄；当水库入库来水量在400～500 m3/s 时，按照来水量下泄；当水库入库来水量在500～600 m3/s，应加大下泄流量，按600 m3/s的上限固定流量预泄；当水库入库来水量大于600 m3/s，水库则按照敞泄方式调节。对于洪水退水的过程，应结合上游水情预报、天气及水文气象预报进行水库运行调度。

3.3 优化调度运行结果

花枝水库汛限水位上浮幅度为1.50 m 的方案对库容实际利用率并不大，对于采取预泄水库调度运行方式而言，基本上能够在洪水实际到来前将其具体水位控制在773 m及以下，避免造成沿河县城防洪负担增大；通常情况下，运行水位上浮幅度越大，所得到的容量效应和电量效益也越大。考虑到花枝水库防洪库容设计同时还承担着配合上游水库防洪任务，且水库投运时间短，并未与流域其他水库建立起畅通的信息交流机制，所以花枝水库汛限水位上浮范围不宜过大，应待流域内上下游水库之间联动机制建立起来后再择机抬高上浮范围。

通过以上分析，在考虑花枝水库防洪效益及增大电站所对应的调峰容量等措施实施后，必须及时、全面检查该水库及相应的泄洪建筑物所对应的启闭时效以及水电站按日调节过程中所必需的水情测报误差，根据得出的以上参数分析结果，可将该水库实时调度库水位控制在防洪汛限水位+1.50 m 的位置。

4 应用效果

4.1 汛期库水位抬升

在保证水库枢纽安全的基础上，通过调整动态汛限水位，水库2013-2021年7-9月的主汛期内库水位均值显著升高，平均升高幅度达到1.46 m。水库2013-2021 年主汛期内库水位统计结果见表1。

表1 2020-2021年主汛期内库水位统计结果表（单位：m）

随着库水位提高，水库电站在2013-2021年主汛期内发电水头均值超出设计值，2013-2021年主汛期内发电水头均值为24.42 m，比设计水头20.84 m升高。发电水头升高有效改善了电站机组出力受阻现象，机组震动明显减小，运行可靠性增加。

水库电站发电水头提升后电站主汛期内耗水率均值逐年下降，2013-2021年主汛期内耗水率均值降至5 m3/kW·h以下，使电站节水发电效果增大。期间水电站主汛期内耗水率变动趋势详见图1。

4.2 汛期弃水减少

在花枝水库调蓄的过程中，流域防汛压力减轻，水库来水可全部用于发电，使电站在主汛期内始终维持高水位运行。通过控制水库电站运行时间及泄洪闸门操作方式，2020-2021年主汛期内在保证电站安全度汛的同时，闸门操作次数及下泄水量均明显减少，闸门运行的安全及稳定程度提升。

5 结论

结合汾河流域文峪河水系一级支流董寺河河段水情特征，对该水库所在流域水情自动测报、数据收集及水库科学调度等思路充分结合调度运行思路的可行性进行了验证，并充分采用预报预泄调度的具体做法达到了水库调节库容及相应水量循环利用的目的，基本上实现了对水库汛期运行水位的动态调度与按日调节。