段云輝

【摘要】針對河南省境內(nèi)某梯級小水電工程的實際情況，對龍頭水庫防洪和興利調(diào)度的原則進行了簡單探討，通過對比計算不同調(diào)度方式下梯級電站的發(fā)電效益，制定了防洪及發(fā)電調(diào)度運用規(guī)則。實際運用表明，該研究可以在確保水庫安全渡汛的情況下，實現(xiàn)水庫梯級電站發(fā)電效益的最大化，較好地指導(dǎo)電站的實際運行。

【關(guān)鍵詞】梯級水電站；調(diào)度原則；防洪優(yōu)化調(diào)度；運用規(guī)則

引言

我國近1/2的地域，1/3的縣市，1/4的人口主要靠小水電供電，小水電在我國能源結(jié)構(gòu)中占有非常重要的地位。隨著我國水電事業(yè)的發(fā)展，梯級開發(fā)已經(jīng)成為小水電開發(fā)的重要方式之一。與中小流域梯級水電火熱開發(fā)建設(shè)局面的相比，針對中小流域梯級水電優(yōu)化管理調(diào)度的研究尚不十分匹配，造成上下游水資源分配不合理的現(xiàn)象。如何解決日益凸顯的梯級調(diào)度管理問題，建立合理的防洪發(fā)電調(diào)度運用規(guī)則，是充分發(fā)揮梯級小水電綜合效益的關(guān)鍵。

某梯級水電站系統(tǒng)位于伊河流域欒川縣境內(nèi)，上游建有金牛嶺水利樞紐工程，由大壩和發(fā)電廠兩部分組成，是伊河欒川段伊河梯級開發(fā)規(guī)劃的龍頭水庫，下游建有龍王莊水電站、松樹嶺水電站、大清溝生態(tài)水電站、馬路灣水電站和拔云嶺水電站等5座電站。工程主要任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧旅游、防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等功能。對金牛嶺水利樞紐工程實施科學(xué)管理、合理調(diào)度，可以實現(xiàn)“一庫多用，一水多用”，更好地滿足各用水部門對水庫和水資源的綜合利用要求。

1、龍頭水庫調(diào)度原則

水庫興利調(diào)度的任務(wù)是依據(jù)規(guī)劃設(shè)計的要求，合理調(diào)配水量，科學(xué)處理防洪與興利的關(guān)系，充分發(fā)揮水庫的綜合利用效益。在進行水庫興利調(diào)度時要遵守以下調(diào)度原則：貫徹“一水多用、梯級聯(lián)合調(diào)度”的原則，發(fā)揮龍頭水庫的調(diào)節(jié)作用，提高水的重復(fù)利用率；按照流域調(diào)度的要求，堅持興利服從防洪，做到統(tǒng)籌兼顧；興利調(diào)度方式，要根據(jù)水庫調(diào)節(jié)性能和興利各部門用水特點及效益最大的原則制定；非汛期利用龍頭水庫的調(diào)蓄功能，最大限度滿足下游各梯級電站流量互相匹配，聯(lián)合運用；汛期棄水時，結(jié)合棄水進行發(fā)電。

防洪調(diào)度的任務(wù)是根據(jù)設(shè)計確定的樞紐工程設(shè)計洪水、校核洪水和下游防護對象的防洪標準，按照設(shè)計的調(diào)洪原則在保證樞紐工程安全的前提下運行，盡量減輕或避免上、下游洪水災(zāi)害。在進行水庫興利調(diào)度時要遵守以下防洪調(diào)度原則：大壩安全第一；按設(shè)計確定的目標、任務(wù)或按照上級有關(guān)文件規(guī)定進行防洪調(diào)度。金牛嶺水庫是欒川縣伊河防洪體系的一部分，運行時應(yīng)該從整個防洪系統(tǒng)考慮，充分考慮系統(tǒng)內(nèi)外的水情信息，按照上級防汛部門的統(tǒng)一部署進行調(diào)度運用。

2、優(yōu)化調(diào)度

2.1 單庫優(yōu)化調(diào)度。金牛嶺水利樞紐工程作為伊河梯級開發(fā)規(guī)劃的龍頭水庫，其調(diào)度方式合理與否，直接影響到整個樞紐工程的效益。對該水庫進行合理調(diào)度可采用常規(guī)調(diào)度和優(yōu)化調(diào)度兩種方式，常規(guī)調(diào)度借助于常規(guī)調(diào)度圖進行水庫調(diào)度，常規(guī)調(diào)度圖則是根據(jù)實測的徑流時歷特性資料計算和繪制的一組調(diào)度曲線及水庫特征水位劃分的若干調(diào)度區(qū)組成的。優(yōu)化調(diào)度是借助于優(yōu)化方法尋求水庫最優(yōu)運行方式的一種調(diào)度方法，優(yōu)化調(diào)度能夠更有效地利用水庫的調(diào)蓄能力，獲得更大的經(jīng)濟效益。

為分析金牛嶺水庫優(yōu)化調(diào)度的效果，對常規(guī)調(diào)度和優(yōu)化調(diào)度兩種方式進行對比計算：常規(guī)調(diào)度首先判斷供水期、蓄水期和不蓄不供期，然后供水期、蓄水期按等流量調(diào)節(jié)，不蓄不供期按來多少放多少方式，同時考慮電站最大過水能力、裝機容量的限制，分別進行豐水、平水、枯水三個典型年的水能計算；優(yōu)化調(diào)度首先選取豐水、平水、枯水三個典型年設(shè)計徑流過程，以年發(fā)電量最大為目標，考慮水位、庫容、電站最大過水能力、電站裝機、水量平衡等約束條件，建立金牛嶺水庫優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)水庫調(diào)度過程的多階段決策特點，采用動態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型求解。

2.2 梯級優(yōu)化調(diào)度。金牛嶺水庫電站下游伊河欒川段已建成水電站5座，作為龍水水庫，其調(diào)度運用效果對下游5座徑流式水電站發(fā)電效益有著直接影響。對流域梯級電站實行聯(lián)合調(diào)度，統(tǒng)一管理，有利于實現(xiàn)水能資源的高效利用，充分發(fā)揮梯級樞紐的綜合利用效益。

為進一步說明金牛嶺水庫梯級電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的效果，以下分別從金牛嶺水庫梯級電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度情況下金牛嶺水庫電站發(fā)電量的減少和整個梯級發(fā)電量的增加兩方面進行定量分析計算。

金牛嶺水庫梯級電站優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型與金牛嶺水庫單庫優(yōu)化調(diào)度模型相似，也屬多階段決策模型，因此也采用動態(tài)規(guī)劃求解。兩模型主要區(qū)別在于：梯級電站優(yōu)化調(diào)度時，目標函數(shù)是梯級年發(fā)電量最大，而不僅僅是金牛嶺水庫電站年發(fā)電量最大。

選取豐水、平水、枯水三個典型年分別進行水庫梯級電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，梯級電站計算結(jié)果見表2。為分析聯(lián)合調(diào)度時，金牛嶺水庫電站年發(fā)電量的減少情況，表中同時列出了金牛嶺水庫單獨優(yōu)化調(diào)度的結(jié)果。

3、防洪及發(fā)電調(diào)度運用規(guī)則

水庫調(diào)度圖及其相應(yīng)的調(diào)度規(guī)則是指導(dǎo)水庫運行調(diào)度的基本依據(jù)。水庫調(diào)度圖的上下基本調(diào)度線是電站發(fā)保證出力時水庫運行的邊界條件。

將常規(guī)方法確定的水庫調(diào)度圖、單庫優(yōu)化調(diào)度圖、梯級聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度圖繪在同一張圖上，見圖1，可以發(fā)現(xiàn)：供水期按保證出力運行，其上下基本調(diào)度線基本重合。蓄水期（及不蓄不供期）按常規(guī)或優(yōu)化運行方式計算，其上、下調(diào)度線有所不同。為了在確保水庫安全渡汛情況下，避免不必要的泄洪，充分利用水能資源，實現(xiàn)水庫梯級電站發(fā)電效益最大化，因此，建議按梯級調(diào)度線指導(dǎo)水庫調(diào)度。

首先根據(jù)不同的來水、水庫蓄水狀態(tài)及所處的運行區(qū)等條件，作出水電站按什么出力發(fā)電的運行決策；然后將按水庫調(diào)度圖作出水電站發(fā)電出力大小的各種決策歸納為便于指導(dǎo)實際運行的如下調(diào)度規(guī)則：

3.1 當水庫實際蓄水位落于上、下基本調(diào)度線及兩線之間的保證出力區(qū)時，則水電站在供水期按保證出力工作，即水電站出力N=Np。

3.2 當水庫實際蓄水位落于上基本調(diào)度線之上時，則水電站在供水期按加大出力工作，則水電站出力N>Np。

3.3 當水庫實際蓄水位落于下基本調(diào)度線以下的限制出力區(qū)時，則水電站在供水期按降低出力工作，即水電站出力N

3.4 蓄水期及不蓄不供期盡量高水頭運行。由于水庫庫容相對較小，汛期很容易蓄滿，因此，可結(jié)合天氣預(yù)報，在保證水庫防洪安全的條件下，采用早蓄方案，使電站能在大多數(shù)月份處于高水位運行狀態(tài)。

3.5 為保證建筑物安全，汛期水庫水位不得超過汛限水位，非汛期水位不得超過正常蓄水位。

3.6 根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果和水庫下游保護對象所在斷面處的水位流量關(guān)系，即可確定水庫遭遇不同設(shè)計洪水時，水庫下游河道斷面的相應(yīng)水位，為防洪搶險及下游居民生產(chǎn)、生活安全提供決策依據(jù)。

在實時調(diào)度運行過程中，應(yīng)根據(jù)以上調(diào)度規(guī)則，考慮下游電站合理匹配，保證梯級電站總發(fā)電量最大，同時還應(yīng)兼顧水庫下游群眾生活用水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水和河道生態(tài)需水要求，合理確定水庫泄流方案。當偶爾水庫下泄流量和下游梯級電站不能合理匹配，進入河道的多余流量有可能給下游群眾生產(chǎn)和生活造成不便、或者有可能會給下游人民的生命財產(chǎn)構(gòu)成威脅時，應(yīng)及時發(fā)出預(yù)警和根據(jù)事先設(shè)定的預(yù)案采取相應(yīng)的措施。

4、結(jié)論

4.1 在開展梯級小水電防洪優(yōu)化調(diào)度時，要嚴格遵守相應(yīng)的調(diào)度原則。

4.2 梯級水電站開展聯(lián)合運行效益顯著：梯級聯(lián)合調(diào)度與龍頭水庫優(yōu)化相比，梯級總發(fā)電量增加161萬度，增發(fā)率為2.6%。

4.3 水庫調(diào)度運行圖起調(diào)度決策的指導(dǎo)作用，在水庫調(diào)度圖指導(dǎo)下，水庫調(diào)度可根據(jù)當時水位和預(yù)報來水情況，根據(jù)制定的調(diào)度規(guī)則指導(dǎo)水庫運行。

4.4 實際運用表明，該研究可以在確保水庫安全渡汛的情況下，實現(xiàn)水庫梯級電站發(fā)電效益的最大化，較好地指導(dǎo)電站的實際運行，同時也可以為同類電站的運行提供參考。

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