浑江流域河库联合调度技术研究

金鹤鸣

(辽宁省防汛抗旱保障中心,沈阳 110003)

0 引 言

目前,桓仁、回龙山、太平哨水电站采用的洪水调度方案为桓仁发电厂与中水东北公司于2001年编制的洪水联合调度方案,该方案采用的设计洪水成果为1972年太平哨水电站初设的水文分析成果。鉴于1972年以后浑江流域的桓仁等站又相继发生了1995年、1996年、2001年、2010年等量级较大的洪水,1972年设计洪水成果存在典型洪水较少、设计洪水地区组成方法单一、难以全面反映流域洪水特性等问题。此外原桓仁、回龙山、太平哨洪水联合调度方案主要是为解决回龙山水库防洪能力不足问题,在特定的条件下编制的方案,在实际调度应用中操作性较差。因此急需进行桓仁、回龙山、太平哨梯级水库洪水联合调度方案修编,使梯级水库洪水调度方案更加科学合理,具有可操作性,以更好的指导浑江梯级水库的防洪调度,确保和禹公司浑江梯级电站大坝安全运行并实现水库承担的防洪任务。根据工程任务,应以保证工程安全运行为主要原则。

本次浑江梯级水库洪水联合调度方案编制总体原则为:①桓仁水库在满足自身各级控制水位的前提下,尽力保证回龙山水库各频率洪水调洪最高水位不超过其相应的控制水位;②回龙山入库洪水频率按桓仁入库洪水同频率确认;③设计洪水过程线采用本次分析计算成果,洪水调节计算时段长取3h;④各工程泄洪设备运行方式和开启程序,仍按原设计文件规定执行;⑤一场洪水过后水库应及时消落至起调水位,同时尽量减轻下游河道冲刷;⑥为控制桓仁水库下游河道的水位涨幅,调洪时桓仁水库3h泄量增幅≤6000m3/s。

1 调度方案调算

1.1 调度方式确定

桓仁水库担负着下游地区的防洪任务,桓仁镇和回龙山坝址下游的洪水主要是由桓仁水库的泄洪形成的。且桓仁～回龙山区间面积较小,洪水预见期较短,因此桓仁水库在桓仁～回龙山区间洪水处于涨水段时宜采用固定泄量调度方式,在区间洪水处于退水段时可采用补偿调度方式。回龙山水库与太平哨水库不承担下游防洪任务,且调洪能力有限,宜采用敞泄方式[1]。

1.2 洪水联合调度方案

1.2.1 控泄条件分析

回龙山水库与太平哨水库无下游防洪任务,不需要进行控泄,仅对桓仁镇与回龙山水库对桓仁水库的控制和泄洪要求进行分析。

1.2.1.1 桓仁镇对桓仁水库泄量要求

桓仁镇防洪标准为50a一遇,河道设计泄洪流量为9000m3/s。桓仁水库～桓仁镇区间集水面积983km2,50a一遇设计洪峰流量为2540m3/s。因此在桓仁水库入库洪水<50a一遇,且桓仁水库～桓仁镇区间洪峰出现之前,桓仁水库最大泄量应<6460 m3/s。

1.2.1.2 回龙山水库对桓仁水库泄量要求

回龙山水库由于调蓄洪水能力较小,且泄流能力不足,因此其不同量级洪水的入库流量应根据该频率洪水水库允许最高水位相应的泄流能力(考虑发电流量)进行控制。桓仁水库在桓仁～回龙山区间洪水处于涨水段时的最大泄量应不超过回龙山水库控制入库流量减桓仁～回龙山区间洪峰流量,此外考虑实际运行时桓仁水库仅能测得前一时段(3h)的入库流量,且出库流量传播至回龙山水库尚需2h左右,而桓仁～回龙山区间洪水过程尚无法准确预测,因此桓仁水库的最大泄量还应该在上述流量的基础上进一步削减[2]。经采用不同典型年与洪水地区组成的设计洪水调洪计算,可得出各频率洪水桓仁水库在桓仁～回龙山区间洪水处于涨水段时的最大泄量,回龙山水库对桓仁水库控制出库洪水洪峰流量要求表,见表1。

表1 回龙山水库对桓仁水库控制出库洪水洪峰流量要求表

1.2.2 洪水调度方案制定

结合浑江梯级水库的控泄条件、发电机组参与泄洪条件以及参考原调度方案编制桓仁、回龙山、太平哨梯级水库洪水联合调度方案。洪水联合调度方案具体如下:

1.2.2.1 桓仁水库

1)当桓仁水库发生500a一遇(22200m3/s)及以下入库洪水时:①当桓仁水库发生5a一遇(6030m3/s)及以下入库洪水时,下泄流量≤2580m3/s;②当桓仁水库发生>5a一遇但≤20a一遇(10800m3/s)入库洪水时,下泄流量≤3280m3/s;③当桓仁水库发生>20a一遇但≤100a一遇(16500m3/s)入库洪水时,下泄流量≤2350m3/s;④当桓仁水库发生>100a一遇入库洪水时,下泄流量≤3630m3/s。

2)当桓仁水库发生>500a一遇入库洪水时:①当桓仁水库发生超过500a一遇但≤1000a一遇(24900m3/s)入库洪水时,最大泄量≤14600m3/s;②当桓仁水库发生>1000a一遇入库洪水时,开启全部泄洪设施,按最大泄流能力泄流。

1.2.2.2 回龙山水库

1)起调水位为219.0m。

2)当入库流量小于发电用水时,按发电要求调度。

3)当入库流量大于发电用水时,即开闸泄放,逐步降低库水位,在洪峰来到前,将库水位降到219.0m。

4)当入库流量≥5a一遇洪水时闸门全开,堰体自由溢流。

1.2.1.3 太平哨水库

1)起调水位为191.5m。

2)当水库水位低于191.5m时,按发电要求调度。

3)当水库水位等于或高于191.5m时,水库按泄流能力泄流。

1.2.3 设计洪水调节计算

按照上述洪水调度方案,进行浑江梯级水库回龙山控制桓仁入库同频、回龙山控制桓～回区间同频2个地区组成,1960年、1995年2个典型洪水,0.01%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、3.3%、5%、10%、20%共10个频率的洪水调节计算,调洪时段为3h。

在引导学生互相修改的时候，教师要采用多种形式的，如人员的安排——同桌之间，小组之间。小组之间则要注意好、中、差学生的搭配；修改内容可以是字、词、句，可以是标点，可以是段落，也可以是篇章。但是教师更要注意引导学生循序渐进，从简单到复杂，从单项到综合。这样一步一步，学生就能学会自我修改了。

1.2.4 调洪成果分析

由浑江梯级水库不同地区组成各年型洪水调节计算成果可以看出:

1)对于桓仁水库,在100a一遇及以下洪水中,1960年型桓仁入库同频洪水的调洪水位最高,1960年型桓～回区间同频洪水的调洪水位次之,1995年型桓仁入库同频洪水的调洪水位最低;在100a一遇以上洪水中,1995年型桓仁入库同频洪水的调洪水位最高,1960年型桓仁入库同频洪水的调洪水位次之,1960年型桓～回区间同频洪水的调洪水位最低。原因主要有以下2点:①1960年典型桓仁入库洪水过程峰现时间较早,且峰前涨水速度较快,而1995年典型桓仁入库洪水过程峰现时间较晚,且峰前涨水速度相对较慢;②回龙山水库的控制入库流量在100a一遇洪水附近变动较大。

2)对于回龙山水库,除100a一遇洪水中1960年型桓～回区间同频的调洪水位最高外,其余量级洪水最高水位均出现在1995年型,且最高水位出现时间均在区间洪水退水段——桓仁水库补偿凑泄阶段。100a一遇洪水1960年型桓～回区间同频的调洪最高水位则出现在桓仁水库固定泄量阶段。

3)太平哨水库500a一遇以下洪水调洪最高水位均保持在起调水位191.5m,1000a一遇洪水中,1960年型桓～回区间同频的调洪水位最高。

浑江梯级水库采用本调度方案的调洪成果与原调洪成果(2001年调度设计)比较见表2～4。

表2 桓仁水库调洪成果比较表

由表3可以看出:①除设计洪水位与校核洪水位外,回龙山水库本次计算的各频率最高水位均高于原调洪成果,原因在于本次回龙山水库100a一遇以下各频率洪水最大入库流量均大于原调洪成果;②由于调洪回龙山水库500a一遇洪水最大入库流量大于原调洪最大流量,故计算的回龙山水库校核洪水位略低于原调洪成果;③本次计算的回龙山水库各级水位均未超过审批通过的各级控制水位。

表3 回龙山水库调洪成果比较表

由表4可以看出:①本次调节计算的太平哨水库100a一遇以下各频率洪水的最高水位与原调洪成果一致,均维持在起调水位191.50m,这是因为太平哨水库的泄流能力较大,在起调水位时高孔闸门全开最大泄流量可达15200m3/s;②本次调节计算的太平哨校核洪水位高于原调洪成果,原因在于本次计算1000a一遇洪水太平哨入库流量较大;③本次计算的太平哨水库各级水位均未超过审批通过的各级控制水位。

表4 太平哨水库调洪成果比较表

综上分析,采用本次编制的浑江梯级水库洪水联合调度方案进行洪水调节计算,桓仁、回龙山、太平哨三座水库各频率最高水位均未超过原设计审批水位,满足梯级水库的洪水调度需求,可应用于梯级水库的实际洪水调度。

1.2.5 实际年洪水调节计算

浑江1960年洪水桓仁水库入库洪峰流量的重现期>50a,3d洪量的重现期约为40a;1995年洪水桓仁水库入库洪峰流量的重现期略>10a,3d洪量的重现期约为25a。

按照本次制定的洪水联合调度方案,对浑江梯级水库1960年、1995年两场实际发生的洪水过程进行了调节计算,调洪时段为3h,浑江梯级水库典型年调洪计算成果表,见表5。

表5 浑江梯级水库典型年调洪计算成果表

从表5可以看出:①1960年洪水桓仁水库调洪最高水位略高于水库50a一遇控制水位306.00m,回龙山水库的最高水位则介于20a一遇控制水位与100a一遇控制水位之间;②1995年洪水桓仁水库的最高水位低于水库10a一遇控制水位303.00m,回龙山水库的最高水位则介于5a一遇控制水位与20a一遇控制水位之间;③两场洪水太平哨水库的调洪最高水位均保持在起调水位。

由此可见,本次编制的浑江梯级水库洪水联合调度方案满足梯级水库的实际洪水调度需求,可应用于浑江梯级水库的实际洪水调度。

2 洪水调度方案分析

2.1 设计洪水调洪成果

由浑江梯级水库设计洪水调节计算结果可知,桓仁、回龙山、太平哨三座水库各频率洪水调洪最高水位均未超过相应的水库控制水位。桓仁水库1000a一遇与10000a一遇调洪最高水位分别为308.67m与310.73m,均略低于相应控制水位;回龙山水库100a一遇调洪最高水位为221.70m,与设计洪水位一致,500a一遇调洪最高水位223.61m,比校核洪水位低0.19m;太平哨水库100a一遇调洪最高水位为191.50m,与设计洪水位(即起调水位)一致,1000a一遇调洪最高水位192.77m,略低于校核洪水位。

2.2 实际年调洪成果

按照本次制定的梯级水库洪水联合调度方案对1960年与1995年两场实际发生洪水进行调洪计算,桓仁、回龙山与太平哨水库的调洪最高水位均满足各水库相应洪水量级的控制水位要求。

3 结 语

采用本方案进行浑江梯级水库洪水联合调度时,本次分析计算的浑江梯级水库2个洪水地区组成、2个典型年、10个频率共30套设计洪水过程线和1960年、1995年两场实际发生洪水的调洪最高库水位均未超过梯级水库各级控制水位,因此本方案满足浑江梯级水库的洪水调度要求,可用于梯级水库洪水联合调度。