(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口水利樞紐是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，是川東北地區(qū)骨干調(diào)峰電源。2013年6月18日，亭子口水利樞紐工程開始下閘蓄水，8月9日首臺(tái)機(jī)組72小時(shí)試運(yùn)行成功，正式并網(wǎng)發(fā)電。2014年5月1日，實(shí)現(xiàn)全部機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。初期蓄水運(yùn)行第一年，亭子口水利樞紐即經(jīng)受住了2013年的洪水考驗(yàn)，成功調(diào)蓄了多場洪水，并有效地進(jìn)行了錯(cuò)峰，初顯出其巨大的防洪效益。

如何科學(xué)合理地進(jìn)行水庫防洪調(diào)度，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)，提高洪水資源利用率，一直是水庫調(diào)度工作的重要基礎(chǔ)。本文根據(jù)該水庫所在流域的來水特性，對亭子口水利樞紐防洪調(diào)度方式進(jìn)行了敘述，并對工程初期蓄水在防洪調(diào)度方面的工作進(jìn)行了總結(jié)分析。

1 概述

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，下距蒼溪縣城約15km，是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)，并具有攔沙減淤等效益的綜合利用工程。水庫正常蓄水位458.00m，防洪限制水位447.00m，死水位438.00m，設(shè)計(jì)洪水位461.30m，校核洪水位463.07m，總庫容40.67億m3。水庫預(yù)留防洪庫容10.6億m3(非常運(yùn)用時(shí)為14.4億m3)，可灌溉農(nóng)田19.48萬hm2，電站裝機(jī)1100MW，通航建筑物為2×500t級(jí)，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型。工程壩型為混凝土重力壩，河床中間布置8個(gè)表孔、5個(gè)底孔及消能建筑物，底孔(兼作排砂孔)布置在表孔左側(cè)。河床左側(cè)布置壩后式電站廠房，河床右側(cè)布置垂直升船機(jī)，兩岸布置非溢流壩段。

嘉陵江流域徑流主要來源于降水，其次為地下水和融雪水補(bǔ)給，徑流年內(nèi)變化與降水量基本一致，年內(nèi)年際變化均較大。

亭子口以上流域降水的總趨勢是由南向北遞減，各站多年平均降水量400mm～1200mm，面平均雨深720mm。亭子口以上流域暴雨多發(fā)生在4～10月，80%的暴雨發(fā)生在7～9月，單站暴雨持續(xù)時(shí)間最長可達(dá)3天。

亭子口控制流域洪水主要由暴雨形成，屬陡漲陡落型洪水，年最大洪水發(fā)生時(shí)間以7、8、9三個(gè)月最多，6月次之，5、10月亦偶有發(fā)生，但量級(jí)較小。7～9月三個(gè)月主汛期洪峰出現(xiàn)次數(shù)占全年84.7%，其中出現(xiàn)在7月份的機(jī)率最大為38.5%，其次是9月為25.0%。嘉陵江一次暴雨過程約5～7天，其中主峰歷時(shí)2～3天，一次洪水過程約為3～7天，峰頂時(shí)間一般為0.5～2小時(shí)，洪水過程線形狀多為單峰，當(dāng)嘉陵江上游與白龍江及區(qū)間降水時(shí)間錯(cuò)開時(shí)，也時(shí)常出現(xiàn)雙峰或多峰的洪水過程。

2 防洪任務(wù)及調(diào)度原則

2.1 防洪任務(wù)

依據(jù)設(shè)計(jì)報(bào)告，亭子口水庫的防洪任務(wù)為：有效控制嘉陵江洪水，提高下游沿江城鎮(zhèn)的防洪能力，使南充市、閬中市以及蒼溪、南部、儀隴、蓬安、武勝等縣城的防洪標(biāo)準(zhǔn)由20年一遇提高到50年一遇；將下游沿江鄉(xiāng)鎮(zhèn)、相對集中居民區(qū)及農(nóng)田的抗洪能力由2年一遇提高到10年一遇；在長江中下游遭遇較嚴(yán)重災(zāi)情洪水或嘉陵江中下游遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，消減長江中下游成災(zāi)水量或者大幅減輕嘉陵江中下游洪災(zāi)損失。

2.2 正常運(yùn)行期水庫調(diào)度原則

亭子口水庫的正常運(yùn)行期調(diào)度原則為：汛期6月下旬～8月底控制興利水位不超過防洪限制水位447m；9月初水庫開始蓄水，一般情況下，9月中～下旬可蓄至正常蓄水位458m；10～12月維持正常蓄水位運(yùn)行；1～4月為供水期，電站一般按保證出力發(fā)電，正常情況下控制供水期末庫水位不低于死水位438m；當(dāng)遭遇較豐來水年份，5～6月運(yùn)行水位較高，要求6月中旬迫降庫水位，中旬末庫水位降至防洪限制水位447m。

2.3 水庫下游防護(hù)區(qū)防洪調(diào)度

亭子口水庫對嘉陵江中下游的防洪調(diào)度，采用“固定下泄量法”和“補(bǔ)償調(diào)度”相結(jié)合的防洪調(diào)度方式。具體調(diào)度方式如下：

2.3.1 汛期亭子口水庫來水Q來<10000m3/s時(shí)，亭子口水庫水位按防洪限制水位控制運(yùn)行。

2.3.2 當(dāng)來水Q來≥10000m3/s時(shí)，按如下方式調(diào)度：

2.3.2.1 當(dāng)南充未出現(xiàn)汛情(南充流量<20000m3/s)時(shí)，采用“固定下泄量”方式調(diào)度。當(dāng)亭子口水庫來水Q來介于10000m3/s～18000m3/s(2～10年一遇)時(shí)，亭子口水庫按Q泄=10000m3/s控制下泄，以保護(hù)下游沿江鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)田為目標(biāo)。

2.3.2.2 當(dāng)亭子口水庫來水Q來≥18000m3/s或南充流量≥20000m3/s時(shí)，采用“補(bǔ)償調(diào)度”方式運(yùn)用，以保護(hù)南充等城鎮(zhèn)為目標(biāo)。

(1)亭子口水庫的下泄流量為南充的安全泄量扣除上時(shí)段亭～金(亭子口至金銀臺(tái))區(qū)間來量及上時(shí)段亭～金區(qū)間上漲流量，并扣除建設(shè)鄉(xiāng)水文站及未控區(qū)間流量；若Q泄小于機(jī)組滿發(fā)流量1200m3/s，按Q泄=1200m3/s控制，其余洪水?dāng)r蓄于水庫內(nèi)。

即：Q亭泄(t)=Q南安-K×{Q清(t-1)+[Q清(t-1)-Q清(t-2)]}-Q建、未控

式中： t——一場洪水過程的時(shí)段數(shù)，t=1，2，…，n；

Q亭泄(t)——本時(shí)段亭子口水庫泄流量；

Q南安——南充河道安全泄量，25100m3/s；

K——亭～金區(qū)間流量擴(kuò)大系數(shù)，取1.2；

Q清(t-1)——上時(shí)段清泉鄉(xiāng)水文站來水流量；

Q清(t-1)-Q清(t-2)——上時(shí)段清泉鄉(xiāng)水文站來水流量漲率；

Q建、未控——南充發(fā)生洪水時(shí)建設(shè)鄉(xiāng)水文站及未控區(qū)間流量。取值如下：當(dāng)南充流量≤25000m3/s時(shí)，取6500m3/s；當(dāng)25000m3/s<南充流量≤28000m3/s時(shí)，取7000m3/s；當(dāng)南充流量>28000m3/s時(shí)，取7500m3/s。

(2)當(dāng)南充洪水不超過50年一遇時(shí)，控制庫水位不超過防洪高水位；

(3)當(dāng)南充發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水或長江中下游遭遇嚴(yán)重災(zāi)情洪水時(shí)，根據(jù)當(dāng)時(shí)需要?jiǎng)佑盟畮祛A(yù)留的非常運(yùn)用防洪庫容，作為可能采用的臨時(shí)措施。

2.3.2.3 下游退水后，視水情適當(dāng)加大水庫泄量，使水庫盡快消落至防洪限制水位，騰空防洪庫容，以備下一次洪水的到來。

3 防洪調(diào)度

常規(guī)防洪調(diào)度一般采用洪水形成、發(fā)展過程中的實(shí)際庫水位、實(shí)際入庫流量作為判斷洪水量級(jí)大小及相應(yīng)泄量的判別指標(biāo)。防洪預(yù)報(bào)調(diào)度一般采用洪水預(yù)報(bào)信息中的累積凈雨量、入庫洪水流量作為判斷洪水量級(jí)大小及相應(yīng)泄量的指標(biāo)。在實(shí)際防洪調(diào)度中，利用實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)泄調(diào)度，則可以騰空部分防洪庫容，使水庫的抗洪能力提高或削減洪峰，最大限度保護(hù)下游防護(hù)點(diǎn)的防洪安全。亭子口水利樞紐工程在水庫蓄水運(yùn)行初期，在實(shí)際防洪預(yù)報(bào)調(diào)度方面做了一些探索，并在首年蓄水運(yùn)行取得了較好的防洪、發(fā)電等綜合效益。

3.1 水情水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)

水庫流域水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，是實(shí)施防洪預(yù)報(bào)調(diào)度的先決條件。2009年亭子口水利樞紐工程施工期水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)便組建完成并投入運(yùn)行，2013年隨著首臺(tái)機(jī)組的投產(chǎn)運(yùn)行，電站開始轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運(yùn)行，對水情測報(bào)工作提出了更高的要求。為增長預(yù)見期和提高預(yù)報(bào)精度，在施工期水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行續(xù)建完善。

目前，亭子口水利樞紐水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)規(guī)模為1∶35。35個(gè)遙測站中，有9個(gè)水位雨量站、25個(gè)雨量站和1個(gè)氣象站，覆蓋略陽至亭子口壩區(qū)。遙測站采用GPRS/GSM和北斗衛(wèi)星的通信方式，抗干擾強(qiáng)，通暢率高，確保了水情遙測數(shù)據(jù)的完成性、可靠性、及時(shí)性。

3.2 洪水預(yù)報(bào)方案

針對嘉陵江流域獨(dú)特的流域水文氣象特性，亭子口水利樞紐洪水預(yù)報(bào)主要采用流域降雨徑流預(yù)報(bào)和河段流量預(yù)報(bào)方法。根據(jù)水文預(yù)報(bào)精度和預(yù)見期的需要，結(jié)合亭子口水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)遙測站點(diǎn)的建設(shè)與河段控制情況，將壩址以上控制流域面積分為4個(gè)區(qū)塊，即略陽～廣元塊區(qū)，上寺以上塊區(qū)，廣元、三磊壩、上寺～昭化塊區(qū)，昭化～亭子口塊區(qū)(河長及平均傳播時(shí)間見圖1)。分別對四個(gè)塊區(qū)進(jìn)行預(yù)報(bào)演算。

圖1 嘉陵江略陽至亭子口河長及平均傳播時(shí)間示意

根據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》(GT/T22482-2008)規(guī)定，利用洪水樣本進(jìn)行建模和綜合檢驗(yàn)，預(yù)報(bào)方案各項(xiàng)評定要素的合格率均為乙等以上。結(jié)合重要斷面的水位變化過程，通過5年實(shí)際預(yù)報(bào)工作不斷修正，場次洪水預(yù)報(bào)精度均在80%以上，滿足樞紐汛期運(yùn)行調(diào)度對洪水預(yù)報(bào)的要求，為防洪調(diào)度決策提供了有力的技術(shù)支撐。

3.3 梯級(jí)流域水庫群聯(lián)合調(diào)度探討

嘉陵江亭子口水利樞紐工程以上流域水利工程數(shù)量較多，特別是支流白龍江上有碧口和寶珠寺電站。碧口水庫總庫容4.5億m3，有效庫容2.21億m3，為季調(diào)節(jié)水庫；寶珠寺電站總庫容25.5億m3，調(diào)節(jié)庫容13.4億m3，為年調(diào)節(jié)水庫。碧口、寶珠寺電站的蓄放水對亭子口電站影響較大。為了及時(shí)全面掌握上游水情，確保工程安全度汛及防洪調(diào)度運(yùn)用，亭子口水利樞紐與寶珠寺水庫建立了長期水情報(bào)汛關(guān)系。

與此同時(shí)，按照長江防總辦公室統(tǒng)一部署的長江上游控制性水庫群聯(lián)合調(diào)度方案，亭子口水利樞紐積極組織開展長江上游水庫群信息共享等工作，為后續(xù)開展流域水庫群聯(lián)合調(diào)度進(jìn)行探索，充分發(fā)揮出水庫的綜合效益，提供了有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.4 常遇洪水調(diào)度研究

在工程設(shè)計(jì)中，汛限水位是根據(jù)有一定稀遇程度的全年設(shè)計(jì)洪水計(jì)算而確定的，當(dāng)發(fā)生較大洪水時(shí)，亭子口水利樞紐根據(jù)下游防洪需求進(jìn)行防洪運(yùn)用。但洪水的發(fā)生為隨機(jī)事件，并不是每年都有大洪水發(fā)生，特別是稀遇洪水，往往是幾十年甚至更長時(shí)間才發(fā)生一次；而年內(nèi)，長達(dá)半年的汛期內(nèi)，并非每月或每旬都會(huì)發(fā)生較大洪水，一般情況，不同月份間或分期間洪水量級(jí)有較明顯的差別，主汛期相對于其他時(shí)期的洪水量級(jí)要大得多。因此，一般年份水庫對汛期發(fā)生的常遇洪水可以進(jìn)行適當(dāng)攔蓄，調(diào)洪水位可據(jù)預(yù)報(bào)預(yù)泄研究成果實(shí)施動(dòng)態(tài)控制。

近年來，水資源供需矛盾突出，電力嚴(yán)重短缺。因此，從合理利用汛期的常遇洪水，提高洪水資源利用率的角度出發(fā)，亭子口水電站與長江上游水文水資源勘測局協(xié)作，開展了亭子口水利樞紐常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度技術(shù)研究工作。

通過研究嘉陵江流域水文氣象特征、洪水組成及遭遇規(guī)律、水文氣象預(yù)報(bào)水平、洪水預(yù)報(bào)新技術(shù)新方法、各水庫預(yù)報(bào)預(yù)泄能力及下游河道安全泄量等，對各設(shè)計(jì)頻率洪水、典型大洪水進(jìn)行調(diào)洪演算及下游河道洪水演進(jìn)計(jì)算，在不降低水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)、不增加下游防洪壓力和防洪風(fēng)險(xiǎn)完全可控的前提下，合理利用洪水資源，提出水庫常遇洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度的啟動(dòng)條件及操作控制指標(biāo)。

4 2013年防洪調(diào)度實(shí)況

2013年汛期，亭子口水利樞紐壩址以上控制流域內(nèi)多次發(fā)生持續(xù)性強(qiáng)降雨，洪水發(fā)生之頻繁歷史罕見。面對嚴(yán)峻的防汛形勢，經(jīng)過準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，精心調(diào)度，積極有效地?cái)r洪、預(yù)泄、消峰、錯(cuò)峰，亭子口水利樞紐工程順利度過汛期，同時(shí)也為提高下游梯級(jí)電站綜合效益，緩解下游防汛壓力，積極配合下游區(qū)域地方政府搶險(xiǎn)救災(zāi)，發(fā)揮了重要作用。

4.1 主汛期防洪調(diào)度

2013年主汛期(6月下旬～8月底)，亭子口水庫平均入庫流量2340m3/s，總?cè)霂焖?49.54億m3，占全年多年平均來水量的79%。期間亭子口水庫共遭遇12次明顯漲水過程，其中洪峰流量5000m3/s以下3次，5000m3/s～8000m3/s的5次，8000m3/s以上的4次。洪水發(fā)生之頻繁為近幾年較為少見。最高洪水位453.72m，發(fā)生在9月27日10時(shí)；最大1次入庫洪峰流量11800m3/s，發(fā)生在6月21日；最大出庫流量為5800m3/s，發(fā)生在7月4日。

2013年主汛期亭子口4次較大洪水過程防洪調(diào)度統(tǒng)計(jì)見表1，日平均出入庫流量過程見圖2。

表1 2013年主汛期亭子口防洪調(diào)度統(tǒng)計(jì)

年份編號(hào)最大洪峰72h洪量(m3/s)(億m3)出現(xiàn)時(shí)間消減洪峰(m3/s)2013年11180014 166月21日107002978010 817月4日398031100010 827月22日5250494208 968月7日4620

圖2 2013年主汛期亭子口水庫日平均出入庫流量過程線

4.2 后汛期防洪蓄水調(diào)度

2013年后汛期，通過氣象預(yù)報(bào)分析，9月初預(yù)報(bào)本月中下旬，亭子口壩址上游流域有一次明顯降雨過程，將形成一次較大徑流過程。結(jié)合預(yù)報(bào)成果，經(jīng)過與四川省電力部門的溝通協(xié)調(diào)，于9月18日前將庫水位從451.11m通過加大發(fā)電出力降至448.33m，騰出庫容約3億m3；9月19日，洪水入庫，洪峰流量達(dá)5790m3/s；洪峰過后攔蓄洪尾，庫水位蓄至453.72m。

通過對此次后汛期洪水的成功調(diào)蓄，重復(fù)利用庫容增發(fā)電量約6000萬kW.h，做到防汛發(fā)電兩不誤，為“兩節(jié)”保電做出了貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

嘉陵江中上游汛期來水極不均勻，亭子口水利樞紐作為嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，樞紐庫容較大，調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，在尚未承擔(dān)防洪任務(wù)的蓄水初期，已經(jīng)凸顯出其防洪效益。隨著亭子口水利樞紐工程的正常蓄水運(yùn)行，如何進(jìn)行科學(xué)防洪調(diào)度，在確保度汛安全前提下，合理管理洪水資源，提高水能利用率，增加發(fā)電、灌溉、航運(yùn)等綜合效益，還需在正常蓄水運(yùn)行后結(jié)合實(shí)際調(diào)度工作持之有效地進(jìn)行探索，開展優(yōu)化調(diào)度工作。