面向新时期新需求的三峡水库运行方案研究

本文回顾三峡水库设计洪水、特征水位、运行方案变化调整过程,综述三峡水库运行调度关键技术研究进展和分析来水来沙变化情况。分别采用最可能洪水地区组成法和非一致性洪水频率分析两种途径,推求考虑上游水库群调蓄影响的三峡水库运行期设计洪水及特征水位。结果表明：近10年三峡入库泥沙量比初设成果减少了84.4%,宜昌站水文情势IHA-RVA综合指标为74%、发生了重度改变,三峡水库运行期1000年一遇7~15 d洪量减少了约81.5亿~142.8亿m³,初设确定汛限水位的主要制约因素(防洪、泥沙)发生了很大的变化。原单站设计洪水及确定的三峡水库175-155-145 m运行方案,已无法满足新时期水资源高效利用和生态环境保护的新需求。建议把三峡水库运行方案调整为175-160-155 m,主汛期水位在155~160 m区间动态控制运行,长江中下游梅雨结束后应考虑提前蓄水,8月底蓄至163 m左右,9月底蓄至165 m,10月底蓄满。该方案在保证大坝和下游防洪安全的前提下,汛期减少弃水并增加枯水期补水量,预计可增发10%左右的发电量;抬高运行水位也有利于库区航运和减少消落带;9月份尽量不蓄水或少蓄水,可减少蓄水期对下游河道及两湖生态环境的不利影响,具有巨大的经济、社会和生态环境等综合利用效益。当预测预报长江流域可能发生流域性大洪水时,尽快将库水位消落至汛限水位145 m,确保大坝和下游防洪安全。     

金沙江下游梯级与三峡水库防洪库容互补等效关系研究

长江上游干支流梯级水库和三峡水库均承担着长江中下游的防洪任务,其防洪库容具有一定的互补等效性。本文采用典型年法和最可能地区组成法推求了三峡水库的洪水地区组成,基于不降低原设计防洪标准的原则,探讨了五个典型年和三种设计频率情况下,金沙江下游梯级和三峡水库防洪库容的互补等效关系。结果表明：(1)五个典型年能够反映三峡水库发生大洪水的地区组成规律,金沙江下游梯级和三峡水库防洪库容互补等效关系近似为线性关系。(2)同种典型年和设计频率下金沙江下游四座水库的互补等效系数值近似等同,主要受三峡水库典型年的洪水地区组成影响;当预测洪水主要来源于金沙江(或嘉陵江及未控区间)流域时,等效系数取0.8(或0.5)。(3)通过洪水预报和等效关系动态运用三峡水库防洪库容,在不增加防洪风险的前提下,三峡水库年均汛期可增发电量41.4亿kW·h(+9.86%)。     

长江上游“10.7”洪水及寸滩站水位流量关系分析

2010年7月中下旬,长江上游出现三峡水库蓄水以来的最大洪水。根据三峡水库上游干支流主要水文站的水位流量资料,对库区的洪水过程进行了分析。受三峡水库蓄放水影响,库区的水位及水面线变化为非天然状态。在洪水期,当三峡水库坝前水位低于150.00 m时,与天然状态相比,寸滩站水位流量关系无明显变化;随着上游来水的增加,坝前水位不断上升,当三峡水库坝前水位超过156.00 m时,寸滩站水位流量关系则受洪水涨落和三峡水库回水顶托的综合影响。     

考虑分级防洪目标的梯级水库汛控水位调度模型及应用

围绕中小洪水减压、大洪水保安和特大洪水降损等防洪目标，构建了面向分级防洪目标的梯级水库汛控水位优化调度模型，针对不同频率设计洪水，基于“模拟-优化”框架，采用仿生进化算法对调度模型进行了高效求解，并利用熵权法对调度方案进行了多目标评价，比选了梯级水库汛控水位方案。以金沙江中下游6个梯级水库和三峡水库组成的梯级水库为研究对象，研究结果表明：相比原汛限水位方案，在不降低原防洪标准的前提下，选定的方案可使梯级水库水位抬高0.36～6.22 m,发电量增加6.28亿～19.26亿kW·h,增幅为1.18%～4.27%,经济效益显著，可为梯级水库汛控水位的规划设计提供技术支撑。     

不同补偿调度方式下三峡水库分期汛限水位控制

在径流统计分析的基础上,确定三峡水库汛期分期,并分别研究了两种防洪补偿调度方式下的各分期汛限水位。初步分析结果认为,在满足原设计防洪安全要求的前提下,对荆江河段防洪补偿的调度方式,则三峡水库汛期汛前期汛限水位155 m,主汛期汛限水位维持145 m不变,汛末期水库运行水位为155 m;对兼顾城陵矶地区防洪补偿的调度方式,则汛前期汛限水位151 m,主汛期汛限水位维持145 m不变,汛末期汛限水位为147 m。这样的分期控制汛限水位不仅可以满足防洪要求,而且可以提高洪水资源的利用率。     

三峡工程洪水随机模拟研究综述

在三峡工程的规划与设计中，为研究三峡工程设计洪水的地区组成、上游干支流水库群对三峡工程的影响以及三峡水库对长江中下游的防洪作用，在已有的实测短系列的基础上，应用洪水变量的随机特性，分别建立了三峡坝址宜昌站、坝址以上屏山-宜昌段、坝址以下的宜昌-城陵矶段及包含三峡坝址的寸滩-大通段的洪水随机模型。这些模型的建立，使得过去由设计洪水典型年法难以完成的梯级水库群对设计洪水的影响以及具有水库、堤防、分蓄洪工程所组成的防洪系统防洪效益计算成为可能。并得出了长江上游干支流水库建库后对三峡入库洪水的影响以及三峡水库对中下游防洪调度的巨大作用这一实用结论，为三峡工程设计提供了重要依据。     

三峡工程设计水位175 m试验性蓄水运行的相关问题思考

为了制定三峡水库正常水位运行期调度规程,从2008年开始,三峡水库进入设计水位175 m试验性蓄水运行,以积累经验和探索水库综合调度运行规律。在全面分析蓄水运行期间水库防洪调度运行方式及防洪效果的同时,对枢纽建筑物,水轮发电机组运行状况,库区水质、地质、泥沙淤积情况进行了监测分析。根据三峡工程3 a运行的实践,探讨了三峡水库汛期防洪调度方式、中小洪水相机调洪运用、汛末提前蓄水时机及分时段控制蓄水位、库水位消落以及对库区地质地震灾害与水质影响等问题,为三峡工程正常蓄水运行提供了重要的技术支撑。     

三峡水库防洪调度对“09.8”上游洪水影响分析

针对2009年8月长江上游发生的较大洪水（简称“09.8”长江上游洪水）,为减轻荆江河段及荆南四河的防洪压力,控制三峡水库出库流量,实施削峰调度。通过还原计算,分析了防洪调度对荆江及城陵矶河段防洪的影响。结果表明,本次拦洪调度的三峡水库最高库水位达152.89 m,沙市、城陵矶水位均在设防水位以下,避免了荆江河段高洪水位,降低了防汛响应级别,减少了中下游防汛成本支出,同时增加了5.3亿kW·h的发电量,取得了较大的防洪与发电效益,是三峡水库建成以来首次大规模防洪调度的成功案例。     

遇特大型洪水荆江河段洪水演进特性实体模型试验研究

利用长江防洪实体模型进行了2002年10月地形条件下长江荆江河段遭遇“54年型”和“98年型”特大型洪水时的洪水演进特性实体模型试验研究。研究表明：试验条件下洪峰从枝城传播至监利需14～21 h,平均传播速度3.2～4.8 m/s。当遭遇“54年型”洪水且不考虑三峡水库调蓄时,各站试验洪峰水位与1954年实际洪水相比普遍升高,荆江面临极其严峻的防洪形势,沙市站洪峰水位超过堤防设计水位约 1.60 m,石首、监利和城陵矶等站超过设计堤顶高程达 0.4～1.23 m;考虑三峡水库调蓄后,各站试验洪峰水位较不考虑调蓄情况明显降低,防洪形势有明显缓解,但依然不容乐观,其中沙市站洪峰水位超过堤防设计水位0.30 m,莲花塘站超过设计堤顶高程0.28m。当遭遇“98年型”洪水且不考虑三峡水库调蓄时,各站试验洪峰水位与1998年实际洪水相比普遍升高,荆江防洪形势严峻,其中沙市、石首、监利和莲花塘站分别超出堤防设计水位达1.20,1.25,1.73,1.68 m。     

江垭水库汛限水位研究

文章结合江垭水库的特点。分析研究了三江口水文站洪水组成．重点研究了区间洪水、分期洪水及江垭水库防洪调度方案。首次提出将江垭水库汛期(4～7月、汛限水位210．6m)细分为汛初(4～5月)、主汛期(6～7月)、汛末(8月1日～8月20日)三个阶段．分别确定各时段满足防洪要求又兼顾蓄水效益的汛限水位230m、210.6m和218m。     

百色水利枢纽工程规划中的几个重点问题

在百色水利枢纽工程规划中，在确定防洪库容时，对右江南宁站以上流域分5个单元进行11场灾害性洪水的地区组成分析，根据设计洪水地区组成得到的几十场洪水过程，经调度计算，采用16．4亿m3作为百色水库的设计防洪库容;关于防洪高水位，通过经济指标计算，综合考虑移民迁安因素，推荐防洪高水位228m方案，汛期限制水位为214m；关于电站装机规模，经过经济论证比较、电力电量平衡分析以及电站下游不稳定流影响分析，选用装机容量为54万kW；关于水库运行方式，利用54年实测水文资料进行兴利与防洪结合的长系列连续操作，绘制出水库运行调度图.     

三峡水库中小洪水调度性能风险评估

针对三峡水库汛期中小洪水资源利用中存在的防洪、发电、库区地质、航运、汛末下游供水及蓄满风险问题,分析了中小洪水特性,建立了各类风险指示函数,提出了三峡水库中小洪水调度性能风险评估方法;同时,结合三峡水库汛期初步设计方案和2008～2017年中小洪水调度实践方案,对比分析了初步设计方案与调度实践方案中关于汛期中小洪水调度性能风险及调度运用过程年际间的变化情况。研究结果表明:2008～2017年的10 a间,相较于初步设计方案,调度实践方案使汛期发电量共增加了853.7亿kW·h;防洪风险由0.53%上升至54.51%,汛末下游供水风险由54.65%下降至14.65%,蓄满风险由50.00%下降至40.00%;发电、航运及库区地质风险变化不大。     

清江水布垭和隔河岩梯级水库防洪库容互补关系研究

采用同频率组成法和最可能组成法推求隔河岩水库的洪水地区组成,基于不降低设计防洪标准的原则推求了水布垭和隔河岩梯级水库防洪库容互补关系。结果表明,采用同频率组成和最可能组成方法,推求隔河岩水库设计洪水地区组成合理可行;当清江流域发生20~200年一遇洪水时,水布垭-隔河岩水库防洪库容具有近似线性互补关系,折算系数均值为0.63,其他重现期洪水的折算系数为1;不同典型年和设计频率对防洪库容折算系数的影响较小;在确保预留总防洪库容不少于10亿m³前提下,实现隔河岩水库汛期运行水位动态控制,与原设计各预留5亿m³方案相比,清江梯级电站年均汛期可增发电量9100万kW·h(+5.1%)。     

武都水库动态汛期限制水位运用研究

以涪江上游武都水库为研究对象,根据入库洪水特性,结合地区洪水组成分析与下游防洪要求,对水库汛期实行动态限制水位运用进行了论证,并分析计算了采用动态限制水位带来的综合效益。研究成果对于尽量实现洪水资源化,充分发挥水库综合效益具有现实意义,对今后的水库调度运用具有一定的参考价值。     

乌江梯级水库群“2014.07”洪水防洪调度影响研究

选取乌江梯级水库群为研究对象,通过乌江"2014.07"洪水防洪调度的实例,分析探讨了乌江梯级水库调度对下游防洪影响程度。2014年7月,乌江流域4个主要防洪控制断面发生了20~150 a一遇洪水。经水库群联合调度,各水库还原后入库洪水的峰现时间比天然洪水提前约15~24 h,入库洪峰增加约13%~30%,水库削峰率约为31.3%~45.8%,思南、沿河、彭水、武隆等4个防洪控制断面20~150 a一遇洪水被削减到4~10 a一遇。分析结果说明乌江梯级水库群防洪调度效果较好,可以供乌江流域梯级防洪调度参考。     

Flood risk control of dams and dykes in middle reach of Huaihe River简

Three stochastic mathematical models for calculation of the reservoir flood regulation process, river course flood release, and flood risk rate under flood control were established based on the theory of stochastic differential equations and features of flood control systems in the middle reach of the Huaihe River from Xixian to the Bengbu floodgate, comprehensively considering uncertain factors of hydrology, hydraulics, and engineering control. They were used to calculate the flood risk rate with flood regulation of five key reservoirs, including the Meishan, Xianghongdian, Nianyushan, Mozitan, and Foziling reservoirs in the middle reach of the Huaihe River under different flood frequencies, the flood risk rate with river course flood release under design and check floods for the trunk of the Huaihe River in conjunction with relevant flood storage areas, and the flood risk rate with operation of the Linhuaigang Project under design and check floods. The calculated results show that （l） the five reservoirs can withstand design floods, but the Xianghongdian and Foziling reservoirs will suffer overtopping accidents under check floods; （2） considering the service of flood storage areas under the design flood conditions of the Huaihe River, the mean flood risk rate with flood regulation of dykes and dams from Xixian to the Bengbu floodgate is about 0.2, and the trunk of the Huaihe River can generally withstand design floods; and （3） under a check flood with the flood return period of 1 000 years, the risk rate of overtopping accidents of the Linhuaigang Project is not larger than 0.15, indicating that it has a high flood regulation capacity. Through regulation and application of the flood control system of the Linhuigang Project, the Huaihe River Basin can withstand large floods, and the safety of the protected area can be ensured.     

三峡水库动态汛限水位控制范围探讨

为了充分发挥三峡水库的防洪兴利效益,将当前单一汛限水位控制的运行方式改为动态汛限水位控制是必要的,也是可行的.在满足水库下游防洪标准和允许水库下泄安全流量要求的前提下,对主汛期和汛末期分别采用预泄方式和预蓄方式进行调洪演算,研究不同动态汛限水位控制范围的影响,得到了符合水库实际调度的动态汛限水位控制范围.结果表明,三峡水库实施动态汛限水位控制的运行方式,既可以避免抬高汛限水位引起的防洪风险,又能增加水库兴利效益.     

气候变化下山溪性河流水库防洪减灾措施

近年来极端气候变化频发,引发局地短时强降雨,易造成超标洪水,严重威胁山溪性河流上的水库安全,由此而导致的大坝漫(溃)坝案例已有发生,且危害巨大,防范和化解此类重大灾害是新时期水库设计和安全运行管理的关键问题。通过归纳总结已建土石坝工程实例,认为水库漫顶溃坝风险主要来源于水文资料短缺、洪水成因复杂和突发性强,水情监测预警预报不到位,抵御超标准洪水时调洪能力有限等不利因素。因此,关注设计洪水的合理性分析及安全性评价,建立对超标准洪水的分析预测和监测预警,合理规划泄洪建筑物的规模以及抗冲结构设置,加强水库排沙预泄措施和梯级水库的联调联控等综合调洪能力的提高,提升非常情况下的应急安全管理能力等,是病险水库除险加固以及新建水库工程设计及运行管理的必需措施。