基于梯级联合调度的汛限水位动态控制在红水河梯级的应用

1红水河梯级概述

红水河流域是珠江流域西江水系的上游河段,在珠江流域占据重要地位,梯级流域规划开发10级电站,龙滩是第4级电站,调节库容111.5亿m3,具有年调节性能,装机容量490万kw,龙滩是控制西江洪水的关键工程,是南方电网的骨干电源,具有防洪、发电、航运等综合功能。岩滩是第5级,调节库容10.56亿m3,具有季调节性能,装机容量181万kw,是广西电网的主要调峰电源。龙滩、岩滩在珠江流域防洪、发电、供水、航运等方面发挥了重要作用,两库的运行方式对红水河梯级乃至整个广西电网均有重要影响。

2龙滩、岩滩单库汛限水位动态控制研究历程与成果

2.1岩滩

岩滩水电站正常蓄水位223m,为了减少库区淹没损失,设计汛期(5月一9月)限制水位219m,10月底蓄至正常蓄水位。在此汛限水位要求下,常规库水位保持在218.5m左右运行,出库流量超过3000m3/s,机组就会出现受阻现象,且汛后经常达不到正常蓄水位,给电站造成较大的电量损失。为了增加发电效益,提高汛末蓄水保证率,岩滩电站与科研单位对岩滩水电站汛期动态控制水位调度运行开展了研究,针对小于两年一遇洪水级别(入库流量小于11600m3/s）,提出了"按流量动态控制水位"的调度方案,形成不同入库流量下岩滩水库汛限水位对应表,并从2005年开始实施。不增加库区土地淹没损失的坝前蓄水位-坝址流量关系如表1所示。

汛期动态控制水位调度运行方案改变了岩滩水库多年以来单一的汛期限制水位状态,根据入库流量大小确定汛限水位,小流量级别汛限水位最高到222.5m,入库流量大于两年一遇的洪水,汛限水位仍然按照219m运行。2013年,岩滩防洪调度管辖权由广西防汛办转移至珠委防汛办,汛期汛限水位按219m控制运行,极大削弱了岩滩水库的调节空间。

2.2龙滩

龙滩水电站正常蓄水位375m,为承担西江中下游地区防洪任务的骨干工程,根据珠委防汛办批复的汛限水位,龙滩7月中旬前预留50亿m3防洪库容,相应防洪限制水位359.30m:7月15日一8月31日预留30亿m3防洪库容,相应防洪限制水位366.00m:9月逐渐回蓄至正常蓄水位。

此汛限水位增加了龙滩及下游梯级水库7月一8月的弃水风险,加大了流域防汛压力,同时会导致龙滩错过拦蓄洪尾的最佳时机,2013年前龙滩汛末水库蓄满率平均约为71%,若遇连续枯水年,则水库长期处于低水位运行,不仅水资源得不到充分利用,而且影响下游梯级电站电量,不利于发挥红水河梯级电站在"西电东送"中的重要作用。因此,自2012年开始,龙滩水电站委托中水珠江规划勘测设计有限公司、水利部珠江水利委员会水文局,共同开展龙滩水库后汛期(8月1日是龙滩坝址前后汛期的分界）限制水位动态调度研究。该研究基于各年后汛期来水预测,在确保大坝枢纽安全,不增加上、下游防洪负担的前提下,确定各年分期动态汛限水位,并报珠委防汛办批复实施。龙滩批复单库汛限水位动态控制情况如表2所示。

通过动态控制汛限水位,一是减少了汛期下游梯级防汛压力:二是进一步优化了流域水资源的利用程度,极大提升了梯级电站发电效益:三是可有效提高汛末蓄水保证率,是更有利的调度方案。

3梯级联合动态汛限调度的提出与研究成果

多年来,龙滩、岩滩开展汛限水位动态研究,均是以单库为目标开展,随着行业发展,电力电量供应大量富裕,为最大程度减少弃水,深挖梯级联合调度潜力,2017年红水河集控中心成立后,在传统的单库汛期水位动态控制基础上,以西江流域中长期水文预报为基础,以龙滩和岩滩为主要研究对象,探索和研究了梯级水库联合调度下的汛限水位动态控制。

该研究采用长中短期、大时空尺度相结合的枯季径流预报集成模型,结合多种水文预测方法预测西江流域后汛期来水,在充分分析汛末蓄水主要制约因素、两库预泄能力的基础上,提出"高低配"调度原则及预泄建议,进行库容补偿调度,优化龙滩、岩滩水电站运行水位,充分发挥水库拦洪与错峰作用。"高低配"调度原则:

（1)龙滩水库8月中、下旬最高水位控制在367.5m,预报流域可能发生较大洪水时,水库需预泄至汛限水位366.0m以下:8月25日以后,当预测未来3～5天流域下游无较大洪水时,龙滩水库可视水情进行动态调度。

（2)岩滩水库:8月中、下旬,当龙滩水库低于汛限水位366.0m时,水位在219.0～221.5m运行:当龙滩水库水位高于366.0m时,水位在219.0～220.5m运行。9月份,当龙滩水库水位低于373.0m时,水位在219.0～222.0m运行:当龙滩水库水位高于373.0m时,水位在219.0～220.5m运行。

8月份开始,流域进入后汛期,洪水发生概率和量级逐渐减小,在洪水风险可控的前提下,龙滩、岩滩适时抬高水库运行水位。在龙滩来水偏枯情况下,抬高岩滩蓄水,利用龙滩汛限以下库容补偿岩滩增蓄库容:在龙滩来水偏丰情况下,龙滩适度抬高水位,当流域发生洪水时,利用水文预报与水库预泄调度,及时将岩滩预泄到汛限水位以下,实现岩滩库容补偿龙滩增蓄库容,确保两库防洪作用基本不受影响。

4方案执行过程中的风险管控措施及管理协调机制

为保障方案实施过程中风险可控,执行畅通,制定了相应的风险管控措施和管理协调机制。

4.1后汛期汛限水位动态控制风险管控措施

（1)服从防汛部门调度,加强与上下游防汛等相关部门信息沟通,确保汛末防洪安全。

（2)采用"长短结合、逐步优化"的调度方式,根据前期蓄水情况和中长期水文预报,考虑防洪、库区淹没、航运等制约因素,提出汛末联合调度蓄水方案,实现对汛末蓄水过程的宏观控制。实施过程中,加强长、中、短期水雨情滚动预报,调整调度计划,增强实时预报调度主动性,为调度提供较大的回旋空间。当预报未来10天流域中上游出现中等以上系统性降雨时,龙滩、岩滩按照后期实时滚动跟踪优化调度要求,及时预泄至原汛限水位。

（3)预泄时按照岩滩先泄、龙滩后泄的次序进行,减轻库区防洪压力,适时启用红水河梯级进行错峰调度,退水阶段视后期来水预报适时回蓄。

（4)在实施调度过程中,因西江洪水组成复杂,预泄时机、预泄流量需根据实时水雨情信息进行滚动优化调整,确保实施期的防洪安全。

4.2方案执行的管理协调机制

（1)与气象机构形成日沟通,短临预报及时短信、电话通知机制,及时掌握气象信息。

（2)分公司梯级电厂定期召开日、周、月水情调度会商,从梯级整体优化调度出发,协调各电厂水库调度。

（3)每日与电网调度汇报沟通,积极配合电网做好两库长、中、短期负荷安排,最大限度提高水资源利用度。

（4)复杂天气系统下,邀请气象、电网及水文单位不定期开展水情会商,为精准预报提供决策支持。

（5)与地方防汛办建立沟通协调机制,及时反馈相关情况和要求,保障方案执行到位。

（6)分公司内部形成分公司领导参加的快速决策反应机制,遇到大洪水时,分公司领导靠前指挥调度协调,在确保防洪安全的同时,最大限度利用好龙滩、岩滩两库调节库容,关键时刻实现超蓄,极大促进了梯级水库的安全经济运行。

5效益分析

2017年,龙滩、岩滩在整个后汛期调度运行期间,严格按照珠委防汛总办批复的汛末联合调度蓄水方案执行,8月25日前龙滩水位严格控制在367.5m以下,8月24日一31日,红水河有大到暴雨,局部大暴雨,为减轻下游防汛压力,与下游西江流域错峰调洪,龙滩根据情况动态调度,继续回蓄水位,月末涨至370m,符合汛末蓄水调度方案要求:9月,龙滩按正常蓄水位调度,岩滩根据龙滩水位调度运行,控制在222m以下。

2017年,联合优化调度下的两库实施汛限水位动态控制,龙滩较原单库动态控制,可提前10天蓄至367.5m,后汛期平均运行水位抬高1～2m,月末水位较原汛限水位提高近4m:岩滩汛期控制水位抬高1.5～3.0m。考虑水库抬高水头,减少弃水增发电量,共计增加发电量7.62亿kWh,其中龙滩增发4.37亿kWh,岩滩增发1.77亿kWh,大化、乐滩增发1.48亿kWh。龙滩增加蓄水量13.3亿m3,岩滩增加蓄水量4.18亿m3,为枯季珠江水量调度储备了水源。

2017年龙滩、岩滩联合蓄水调度过程如图1所示。

6结语

龙滩、岩滩梯级联合补偿调度,动态控制汛限水位,进一步拓宽了调节范围,提高了汛限水位动态控制的安全性和综合效益。通过龙滩后汛期动态调度运行,提前蓄水,抬高了机组发电水头,增加了梯级发电量,提高了水库汛末蓄满保证率,提升了流域枯季调水压咸及抗旱情风险的能力,增强了流域枯水期航运流量的调节能力:岩滩抬高水位运行,可有效保障岩滩二期机组的安全运行,保证了岩滩作为广西电网主要调峰调频厂的调节能力不受影响。梯级电站联合调度、动态调度,对保障电网安全运行,增加梯级发电效益,提高水库汛末蓄满率,提高流域枯季径流的补偿具有积极作用。