丹江口水利枢纽汛期运行水位优化研究与应用

丹江口水利枢纽是汉江流域治理开发保护的关键性控制工程。协调防洪与供水等综合利用任务,优化水库调度运行方式,是实现丹江口水库和南水北调中线工程安全、平稳、高质量运行的重要保障。在系统梳理南水北调中线工程通水以来丹江口水库调度所面临的形势与问题的基础上,以汛期运行水位优化为主线,在切实保障工程及上下游防洪、供水安全的前提下,开展了汛初控制水位优化、汛期运行水位动态控制、汛末提前蓄水等汛期调度运用方式的研究和论证。结果表明:结合来水预报,通过对水库运行条件按照偏于安全的原则进行界定,给予水库汛期运行水位一定的浮动范围,可在减少汛前集中消落和汛期弃水的同时,显著提高丹江口水利枢纽的水资源利用率和后续供水保障能力。研究成果可为提高丹江口水库水资源利用率和供水保障程度提供技术支撑,有利于科学发挥丹江口水利枢纽的综合利用效益。     

丹江口水库汛期水位动态控制方案研究

丹江口水库加高完成后,为保障汉江中下游防洪安全和南水北调供水的顺利进行,防洪和蓄水的矛盾更加突出,根据目前的蓄水方案,蓄满率可能进一步降低。以62 a实测洪水资料为输入,对丹江口水库的运行方式进行了模拟调度和预泄能力分析,并根据汉江流域洪水特性,提出了不同时期丹江口水库的运行水位动态控制方案。根据提出的运行方案,丹江口水库在保证各项设计功能正常发挥的前提下,可进一步挖掘水库的防洪效益,并做到风险可控,供水保证率可提高10%左右,发电效益可增加5%左右。     

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。     

考虑生态流量约束的三峡水库汛末提前蓄水方式研究

针对长江流域气候和水文变化、来水量的减少、生态环境的影响和上游大量兴建水利设施等因素导致既定的需水方案已经不能满足这个矛盾,以原三峡水库汛末蓄水调度方案为模型基础,综合考虑防洪、发电、航运、下游抗旱补水和生态需水量等约束条件构建多目标数学优化模型,提出了基于汛末蓄水方案调度规则的6套汛末提前蓄水方案。根据每个汛末提前蓄水方案在年平均蓄满率、末水位、发电量、弃水量等方面的比较,来确定最佳提前蓄水方案,并选取来水较枯的典型年进行验证。结果表明:优化后的汛末提前蓄水方案,既能够有效控制三峡水库防洪风险又能最大限度挖掘兴利效益,是常规调度和生态调度相结合的最佳蓄水方案。     

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。     

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。     

溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库联合蓄水方案与多目标决策研究

为协调好梯级水库联合蓄水调度过程中防洪、发电、蓄水和航运等目标之间的矛盾,实现各水库蓄水时机与蓄水进程的协同优化,以溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库为例,推求了可权衡防洪与兴利之间矛盾的梯级水库联合蓄水方案,主要研究内容主要包括以下3个部分:(1)风险分析,推求了汛末各分期内坝前最高安全水位约束和联合蓄水方案的防洪风险;(2)兴利效益分析,分析了联合蓄水方案的发电和蓄水等兴利效益;(3)多目标决策,评价了联合蓄水方案的防洪风险、发电和蓄水效益,得出了最优非劣质蓄水方案。研究结果表明:溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库的较优联合蓄水方案,分别为9月5日起蓄的同步起蓄方案和9月1日-9月5日-9月10日起蓄的异步起蓄方案,较原设计蓄水方案,年均发电量可分别增加23.76和20.43亿k W·h,增幅分别为3.25%和2.78%;蓄水率可由96.73%分别提高至97.51%和97.57%,两者均可在不降低原防洪标准的前提下,提高梯级水库的综合效益,前者的发电效益较优,而后者的蓄水效益较优。     

基于不同需求的长洲水利枢纽汛期优化调度研究

针对长洲水利枢纽防洪与水资源供需矛盾日益突出问题，首先从供水、发电、航运、生态等方面分析了水库现状调度方案，提出综合调度需求；其次利用现代预测预报和调度技术，系统研究基于不同调度需求的优化调度方案，将汛期运行水位由18.6 m提高至19.6 m,并分析其风险和效益。结果表明，方案实施可在保障防洪安全的前提下提高库区水位1.0～1.5 m,增蓄水量2亿m³,充分发挥了水库供水、航运、生态效益，同时增加发电量5.05%,经济、社会效益显著。     

湖南省大型水库超汛限水位蓄水方案研究

在论述传统的实时洪水调度方案弊端的基础上,提出了水库超汛限水位蓄水方案的新理念,以及对如何评价方案的风险和效益,如何选择合理的汛限水位,如何建立风险管理程序等科学问题进行了探讨。并以柘溪水库为例,对不同汛限水位蓄水位方案进行综合分析,研究表明:在获取一切准确信息和加强调度风险管理的前提下,柘溪水库在4种超汛限水位蓄水方案中,在风险增加不是很大前提下,主汛期的汛限水位调整应以164.00 m的蓄水方案为最理想,它可多蓄水量1.7699×108m3。     

长洲水利枢纽汛末蓄水策略探讨

针对汛末水库防洪与兴利之间的矛盾,以2016年长洲水利枢纽汛末蓄水调度为例,在分析西江流域汛末洪水分布特点及汛末蓄水主要制约因素的基础上,采取预报预泄等调度技术,提出了汛末蓄水方案,并进行了防洪风险及效益分析。结果表明,在防洪风险可控的前提下,对汛末洪水实施风险管理,合理利用部分洪水资源,发挥水库工程综合效益具有显著的作用。     

长江上游水库群联合蓄水调度初步研究与思考

蓄水期是长江中下游地区用水需求最集中的时期,蓄水调度是实现水库综合利用任务最重要的环节。根据水库汛期承担的防洪任务,将长江上游蓄水水库分为仅承担所在支流防洪、自身无防洪任务但承担长江中下游防洪以及承担所在支流和长江中下游双重防洪任务的3种类型。重点分析了承担本河流和配合三峡水库承担长江中下游双重防洪任务的部分控制性水库防洪与蓄水的关系,并探讨了水库提前蓄水的可行性;结合来水的不确定性,分析了在特枯水年、偏枯水年和偏丰水年等不同典型年下三峡水库蓄水调度方式及应对措施。另外就水库群联合蓄水调度研究面临的挑战,提出了亟待开展的工作建议。     

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。     

小浪底水利枢纽的工程规模和综合运用方式

经对三门峡至秦厂河段开发方案比选,小浪底高坝方案,较好地满足防洪、防凌、减淤、供水、灌溉、发电的需要。对小浪底水库蓄水位265m、270m和275m的技术经济比较,各方案的防洪、灌溉和防凌效益相同,均可满足要求,但蓄水位275m方案的减淤效益最大。推荐275m方案为小浪底水库最高蓄水位,在经济上是合理的,技术上也是安全可行的。小浪底枢纽的运用首先是满足防洪、防凌、减淤的要求,相应进行供水、灌溉、发电。为了发挥水库减淤作用,采取在汛期逐步抬高水位的运用方式,多拦粗沙,提高对下游的减淤效果。10月至次年6月来水含沙量少,水库进行供水、灌溉、发电的蓄水调节。     

丹江口水库兴利效益影响因素分析

丹江口大坝加高后,作为南水北调中线工程水源地,其供水等兴利功能地位更为突出,而汉江上游降雨量的减少及梯级水库的调蓄,大大降低了丹江口水库的可调用水资源量。为充分发挥水库的兴利效益,通过对不同频率的来水进行调节计算,从供水满足率、年均发电量、年均弃水量3个方面计算分析起调水位、来水不确定性和汛限水位对丹江口水库兴利效益的影响。结果表明:①起调水位对来水频率＞90%的枯水年供水效益影响较大,由150 m提高至160 m,水库供水满足率可由44.38%提高至93.42%;对来水频率＜75.7%的年份其影响主要体现在发电上,起调水位越高,年均发电量越高,年均弃水量越小,起调水位由150 m提高至170 m至少可增加发电量10亿kW·h;②来水频率越大,水库供水满足率、年均发电量均越小;水库弃水和供水短缺在来水较丰时同时存在;③丹江口水库夏季汛限水位对水库兴利效益的影响比秋季汛限水位更显著;对至少有2 a为枯水年的3 a调节周期,汛限水位对弃水量的影响最明显;④兴利效益的主要影响因素为起调水位,除水库遭遇连续枯水年外,丹江口水库兴利起调水位为162 m,可满足不同水平年的供水需求。     

利用水文预报进行水电站水库汛期预报调度

充分利用水文信息是协调水库防洪与兴利之间矛盾的有效方法；在满足防洪安全的前提下，可以在未发生洪水时期抬高水库运行水位，在洪水入库以前将库水位降至共限制水位，从而提高径流式不电站发电运行效益和调度水平。沙溪口水电站利用水文预报进行水库汛期预报调度效益显著。     

观音阁--参窝水库补偿防洪调度汛限水位研究

参窝水库汛限水位与正常蓄水位相差10.4m,严重影响水库兴利效益的发挥。结合水库的实际情况,文章阐述运用库群补偿防洪调度的理论,使参窝水库的汛限水位得到补偿抬高,并分析由此产生的供水效益和发电效益。     

Optimal Design of Seasonal Flood Limited Water Levels by Jointing Operation of the Reservoir and Floodplains

Reservoirs play an important role in the exploitation and utilization of water resources, and the flood limited water level (FLWL) is a key parameter to balance flood control and conservation in reservoir operation. This study is aimed at joint operation of the reservoir and floodplains to improve floodwater utilization and enhance economic benefits. The net profits, namely the benefits from power generation and water supply minus the losses from the flood volume diverted to floodplains, are set as the objective function. To maximize the net profits, an optimization model is then proposed. Finally, a nonlinear optimization technique, the complex method, is used to find the optimal seasonal FLWL. The China’s Danjiangkou Reservoir (DR) is selected as a case study. The results show that the joint use of floodplains enables 2.0 m and 0.5 m increment of FLWLs in summer and autumn, respectively, compared to the conventional FLWLs. Since the increment of the FLWL decreases the reservoir flood storage by 0.44 billion m³, the flood volume need to be diverted to floodplains is increased by 0.54 billion m³ per year. Meanwhile, the power generation and water diversion are increased by 0.59% and 2.99%, respectively. The assurance probabilities of power generation, water diversion and minimum flow are also increased by 1.1%, 0.96% and 0.70%, respectively. As a result, the economic benefits can be increased by 0.037 billion USD per year. It is concluded that the reservoir seasonal FLWL can be improved by joint operation of reservoirs and floodplains, which is able to enhance economic benefits without increasing flood risks. Moreover, the increment of economic benefits could be shared by reservoir managers and residents that live in floodplains. This novel operating approach is helpful to the integrated water resources management.     

吴城水库汛期分期调度研究与应用

吴城水库是一座综合利用的中型水库。近年,水库供水面临诸多困难的挑战,蓄水只有靠拦蓄雨洪资源。为了充分发挥水库的防洪与兴利效益,本文从气候成因分析、数理统计和模糊分析的角度分析研究了水库汛期分期调度起讫日期的划分,将整个汛期划分为前汛期、主汛期和后汛期,并按其分期采用不同汛限水位值,实现了将汛限水位按分期实行动态控制,使水库年平均可多蓄水180万m3。这无疑对解决该地区缺水问题具有十分重要的现实意义。     

长江三峡水库消落期供水需求调度分析及对策

在长江三峡水库的供水及消落期,出现了发电、供水、航运、两湖地区防洪和地质灾害治理诸多问题,为此,提出了补水调度、生态调度、电网应急保电及库尾减淤调度等措施,以满足三峡水库消落期的供水需求。