长江上游梯级水库蓄水优化初步研究

梯级水库蓄水时间的重叠会导致流域水资源的不合理利用,梯级各库无法蓄满,进而影响综合效益。本文建立了梯级水库径流调度模型并予以验证,利用1950-2010年长江干流实测水文资料,计算长江上游溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库对流域防洪任务的满足情况,并分析了上游预建水库白鹤滩对下游梯级防洪目标的协助作用,在此基础上给出梯级水库汛后蓄水的最早启蓄日期:溪洛渡、向家坝、三峡水库均不早于9月1日。并利用比较分析法,综合考虑梯级水库的发电、航运等效益,得出梯级水库的最优蓄水时间:溪洛渡9月11日蓄水,向家坝9月1日蓄水,三峡9月1日蓄水。     

金沙江下游与三峡梯级水库群协同消落方式研究

梯级水库群消落期协同运行方式是梯级水库群联合调度重要环节。以溪洛渡、向家坝、三峡与葛洲坝梯级水库群为背景,将消落期来水分成丰水年组、平水年组和枯水年组,以分组期望发电量最大为目标,建立了消落期随机联合优化调度模型,结合各库不同消落期初水位开展了模拟计算,得到不同水文年型下梯级水库群的期望协同消落方案。结果表明:金沙江下游与三峡梯级水库群协同消落方式能在一定程度上提高梯级期望总发电量;当来水较少且三峡消落期初水位较低时,金沙江下游与三峡梯级水库群协同消落方式可显著提高三峡和葛洲坝水库的供水效益。最后,总结归纳了不同情境下溪洛渡-三峡协同消落策略,以指导金沙江下游与三峡梯级水库群消落期实际运行。     

三峡及金沙江下游梯级水库群蓄水期联合调度策略

针对三峡及金沙江下游梯级水库群汛后竞争性蓄水矛盾,以溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝梯级四库系统为研究对象,采用不同来水年型、蓄水时间和起调水位构建蓄水情景集;以蓄水期期望发电量最大为目标,建立蓄水期多目标联合随机优化调度模型,生成各蓄水情景下的最优蓄水方案;基于蓄满率、梯级期望弃水量、梯级平均期望出力对各方案进行评价,推荐丰水年溪洛渡、向家坝9月11日起蓄、三峡9月10日起蓄,平水年溪洛渡、向家坝9月11日起蓄、三峡9月1日起蓄,枯水年溪洛渡、向家坝9月1日起蓄、三峡8月21日起蓄。     

溪洛渡、向家坝、三峡和葛洲坝坝址设计径流复核分析

为更好地编制溪洛渡、向家坝、三峡和葛洲坝电站发电计划,指导水库调度,针对坝址设计来水进行复核分析。根据长江上游25个控制性水库的位置及水文站网分布,对各依据水文站1959～2014年的旬径流系列进行了统计分析、插补延长、还原计算,推求得到了各坝址处的径流过程。其中溪洛渡和向家坝坝址多年平均年径流量与可研成果基本相同;三峡和葛洲坝坝址多年平均年径流量为4 290亿m³,因近年向家坝至三峡区间来水偏少,计算较初设偏小约4.9%。综合分析认为,本次研究成果较为合理。     

向家坝水库运用方式分析

金沙江为多沙河流，如向家坝水电站先期开发，水库泥沙淤积对自身调节库容和对上游梯级溪洛渡坝址及衔接水位的影响，是向家坝正常蓄水位选择和水库运用方式研究的主要任务。根据工程特点，采用汛期６月～９月来沙较集中的４个月库水位降低在排沙限制水位３６７．００ｍ运行，１０月初开始蓄水的运用方式，可以较好地达到保护调节库容及在一定年限内减轻库尾淤积上延对溪洛渡坝址影响的目的。     

雅砻江和金沙江中下游梯级水库联合优化调度建模及应用Ⅱ——联合优化调度规则分析

为提升长江上游水资源利用效率,在“雅砻江和金沙江中下游梯级水库联合优化调度建模及应用Ⅰ—联合优化调度潜力分析”的基础上,进一步探究了雅砻江和金沙江中下游梯级上下游水库间和不同梯级间的运行规律,绘制了联合优化调度图,并分析了相关电站的蓄放水次序。研究表明:汛前金中、雅砻江梯级水库与金下梯级各水库消落开始次序宜为两河口—龙盘—锦屏一级—二滩—向家坝—白鹤滩—溪洛渡—乌东德,总体消落思路为上游水库优先消落,尽可能的保持下游溪洛渡、乌东德等电站高水位运行,提高流域整体发电效益;汛末各水库蓄水开始次序宜为锦屏一级—龙盘/二滩—两河口—乌东德—白鹤滩/溪洛渡—向家坝,总体蓄水思路为上游水库优先释放防洪库容开始蓄水,减轻下游防洪压力,且来水偏丰年份的蓄水时间相应有所推迟。     

金沙江下游梯级水库蓄水期发电优化调度研究

大型水库蓄水期的水位控制是流域梯级甚至是整个水电系统调度的关键问题之一,汛末能否蓄满关系到电站消落期的发电效益与电网的安全、稳定、经济运行。以金沙江下游的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水库4库梯级系统为研究对象,以梯级发电量最大为目标,构建蓄水期联合优化调度模型。将采用还现计算得到的乌东德水库1961～2020年的60 a来水作为模型输入,通过基于混合整数二次约束规划(MIQCP)的求解算法,得到长系列不同来水组合下的优化调度方案。结果表明：金沙江下游梯级水库调度初期的余留库容与乌东德水库来水的量级及分布是梯级水库能否蓄满的主要因素;金沙江下游4库从上游至下游,开始拦蓄的时间依次延后,总体呈现乌东德、白鹤滩水库先蓄,溪洛渡、向家坝水库后蓄的规律;金沙江下游梯级水库泄洪集中在来水较大的8月下旬至9月下旬,主要由溪洛渡、向家坝水库梯级进行泄洪。     

溪洛渡与向家坝水库9月5日开始联合蓄水

正据国际电力网9月4日从中国长江三峡集团公司获悉,三峡集团溪洛渡、向家坝水库9月5日开始联合蓄水。据三峡水利枢纽梯级调度通信中心相关负责人介绍,长江防总8月31日正式批复了《溪洛渡、月5日承接前期水位进行蓄水。根据长江防总的批复,溪洛渡水库9月可蓄至600 m;向家坝水库9月中旬蓄至正常蓄水位380 m。向家坝2016年联合蓄水方案》,溪洛渡和向家坝水库分别从9月1日和9长江防总要求,蓄水期间,向家坝水电站最小下泄流量应满足其下游用水需求,如预报金沙江或     

金沙江下游梯级及三峡水库消落次序研究

随着长江上游大型水库相继建成投运,各水库间汛前集中消落矛盾日益突出。为探究梯级水库合理消落方式,以金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级(以下简称“金下梯级”)和三峡水库为研究对象,拟定3种消落方式(提前消落、均匀消落、推迟消落),对比分析不同消落方案下梯级水库消落期综合效益,提出梯级水库最佳消落次序。结果表明：消落期间,多年平均来水条件下,在防洪安全得到保证时,采用乌东德-白鹤滩梯级均匀消落、溪洛渡-向家坝梯级推迟消落、三峡水库推迟消落方案,五库总发电量最大,为1 039.22亿kW·h;梯级水库均推迟消落时,出库流量低于最低下泄标准的风险最低;乌东德-白鹤滩梯级均匀消落、溪洛渡-向家坝梯级提前消落、三峡水库提前消落时梯级水库补水利用率最高,对应弃水量为22.45亿m~3。综合发电、航运、生态、补水等多方面效益,推荐最优消落方案为金下梯级均匀消落、三峡水库推迟消落;在来水极端偏丰或偏枯时,应结合预报及时调整为均匀消落方式。研究成果可为发挥长江上游水库发电、航运、生态、补水等综合效益提供参考。     

金沙江下游梯级水库淤积及其对三峡水库影响研究

2012年以来,金沙江下游向家坝水电站、溪洛渡水电站相继蓄水运用,拦截了金沙江下游泥沙。为了解梯级水库泥沙淤积情况及其拦沙作用对下游三峡水库的影响,基于大量水沙、固定断面观测资料,采用输沙法和地形法,计算分析了向家坝水电站、溪洛渡水电站2库自运用以来的库区泥沙淤积量及分布特征,研究了梯级水库拦沙作用对三峡水库的影响。结果表明:向家坝、溪洛渡库区泥沙淤积量较小,金沙江下游梯级拦沙使得三峡入库沙量及库尾重点河段淤积强度均减小。研究成果对梯级水库运行、三峡水库运行及调度方式优化具有十分重要的意义。     

三峡水库汛末抗旱蓄水方式优化设计

为缓解三峡水库汛末蓄水与下游抗旱补水之间的矛盾,开展了三峡水库汛末抗旱蓄水方式优化设计。提出严格满足下游抗旱补水流量需求,考虑流量、出力过程稳定的三峡水库汛末改进蓄水方式,进而分析比较提前蓄水时间和汛末控制水位蓄水方案的兴利效益与防洪风险,确定了最佳提前蓄水方案并通过典型年蓄水调度过程进行检验。研究成果可为提高干旱条件下长江流域水资源控制运行水平提供科学的理论依据。     

三峡水库蓄水后上下游河段水沙特性变化及影响因素分析

泥沙淤积问题是三峡工程的关键技术问题之一,关系着长江水资源的开发利用、生态环境保护、经济发展。基于2002-2016年期间,三峡水库上、下游设置的11所重要控制性水文站水文泥沙监测资料,深入系统地探讨水文泥沙参量的变化特征,进一步分析水文泥沙参量的相关性和三峡水库的冲淤特性,探究了泥沙特性变化的原因。研究结果表明:三峡水库自施工期蓄水、初期蓄水、试验性蓄水的整个过程,对三峡水库上下游河道的水沙特性影响较大。越靠近三峡大坝的河段,受三峡水库的影响越大;三峡水库抬高水位,导致上游大部分河道流速变小,河道过水断面和水动力条件发生改变,导致入库泥沙越来越少,越来越细;三峡水库上游长江干流和支流上修建的梯级电站拦蓄了大量的泥沙,年输沙量、年均含沙量、中值粒径、年输沙模数都显著降低。年径流量和输沙量、年均含沙量、年输沙模数在2004-2013年间具有较好的相关性,曲线变化规律类似,2013年后受三峡水库蓄水的影响,出现弱相关;年径流量能表征泥沙参量的变化特性;年输沙量和年均含沙量在2002-2016年间皆具有较好的相关性。2007年前三峡水库淤积量呈增长趋势,其后三峡水库泥沙淤积量逐渐降低。在水库冲淤和泥沙特性方面,汛期三峡水库水位对其影响较大;枯水期的高水位对其影响并不大。研究成果将为长江流域梯级电站和航道的规划设计、三峡水库的运行管理提供理论支撑。     

长江上游水库群联合调度中的泥沙问题

长江上游已形成以三峡水库为核心的世界上规模最大的巨型水库群,2012年开始实施上述水库群的联合调度。分析了水库群联合调度中,与水库泥沙密切关联的汛期防洪、汛末蓄水和汛前消落调度方案及其对水库泥沙带来的影响。在较为深入、系统地研究了长江泥沙变化规律及其原因、水库淤积和长江中下游河床冲刷特性的基础上,对水库群联合调度中面临的水库淤积与长期使用问题,以三峡水库为例,提出了精细化的"蓄清排浑"和库尾减淤等泥沙调度方法。对水库群水沙联调,促进流域泥沙合理配置以及水库群联合调度条件下的泥沙问题与应对措施等提出了建议。     

三峡水库汛期分期洪水特征及成因研究

为协调三峡水库防洪与兴利的矛盾,提高水库综合利用效益,通过研究三峡水库以上流域汛期洪水的气候成因、暴雨洪水的时空分布规律及洪水量级的变化,确定9月15日作为主汛期和汛末期洪水分界点,并将三峡水库以上洪水汛期划分为主汛期、汛末期两个分期。进一步提出了三峡水库坝址分期设计洪水及其量值。相关成果可为三峡水库优化调度和实施提前蓄水提供关键技术支撑。     

新形势下三峡水库汛末蓄水方式研究

根据长江上游流域水文情势变化、三峡工程各阶段运用要求、社会用水需求并结合2006年以来初期蓄水、试验性蓄水过程,对新形势下三峡水库汛末蓄水的调度方式进行了全面分析研究,提出了适应社会经济发展需要的蓄水调度方式。     

荆江三口分流能力变化分析

三峡水库蓄水前,荆江三口洪道逐渐淤积萎缩,分流比沿时程减小;三峡水库蓄水运行后,三口洪道发生了普遍冲刷,导致分流能力发生变化。为进一步了解其演变趋势,以便实施合理的综合整治,利用水沙数据、河道地形资料及已有的研究成果,探讨了影响三口分流能力的主要因素。分析结果表明,荆江三口分流总体呈现逐渐减小趋势,在三峡水库蓄水初期高水分流能力有所增强。     

基于CE-QUAL-W2模型的三峡水库神农溪库湾水流水温特性分析

三峡水库蓄水以来,库区干、支流水文水动力变化显著。通过现场观测和构建三峡水库神农溪支流库湾立面二维水动力模型(CE-QUAL- W2),对比研究了三峡水库不同时期水流、水温时空分布特征。研究结果表明:神农溪库湾水体整体流速缓慢,不同时期均存在不同强度的异重流现象,包括干流倒灌异重流和上游入流底部顺坡异重流;枯水运行期和汛前消落期干流水体从表层潜入库湾,强度较弱;汛期和汛末蓄水期存在中层倒灌并且强度较大,影响整个库湾;上游入流处由于来流水温一般低于库湾,存在入流底部顺坡异重流现象。库湾水温呈春夏升温、秋冬降温的变化趋势,一年四季均存在水温分层现象;但冬季分层相对较弱,其它季节水温分层明显;水温分层模式因异重流的存在,明显不同于一般水库的水温分层。对比分析表明,CE-QUAL-W2模型可较为准确地反映神农溪库湾水流及水温时空分布特性。研究可为更细化分析三峡水库神农溪库湾水流水温特性、开展水华预报提供技术支撑。     

三峡水库对城陵矶防洪补偿库容释放条件分析

针对三峡工程承担的防洪任务,从长江流域与洞庭湖水系洪水特性,城陵矶附近地区防洪标准及防洪补偿调度方式,分析提出了三峡水库对城陵矶防洪补偿库容的释放条件。在发生流域型大洪水的年份,因需要三峡水库长时间拦蓄洪水,动用较多防洪库容,水库将长期处于较高水位运行状态。如洞庭湖水系不发生大洪水,三峡水库对城陵矶地区防洪补偿库容就可释放。除发生流域型大洪水的年份外,7月中旬后,洞庭湖水系一般不会发生大洪水,加上洞庭湖自身具有较大的调节洪水能力,防洪安全有保障,8月1日之后有条件逐步抬升三峡水库水位至155 m运行,可提高水资源综合利用效率,也可减轻三峡水库蓄水期间蓄水对湖区水位的影响,保障湖区供水安全。研究结果对三峡水库科学调度具有指导意义。     

三峡水库175m方案成库运行后龙门浩河段水流特性变化分析

基于长江上游水文局实测地形、水文、泥沙资料,针对三峡大坝175 m方案蓄水后对变动回水区产生壅水影响,借助SMS平面水流二维数学模型,对成库前后龙门浩河段水流特性变化进行了研究分析。研究结果表明,成库后非汛期内,该河段呈库区特性,尾水抬高,流速、水面比降、水流功率大幅下降,汛期河段恢复天然河道,水流特性与成库前一致。取各时期平均流量下的水流特性代表各时期水力因子的平均值,通过成库前后各时期相同流量下龙门浩河段水流特性模拟对比,发现蓄水维持期水力因子的变幅最大、蓄水期次之、消落期最小、汛期则不发生变化。通过加权估算,成库后年内平均水流功率较成库前下降47.9%,同时由于水流功率的年内变化分布极不均匀,将导致河段输沙规律发生变化。     

加强水情预报能力建设 提升长江水资源综合利用服务水平

水情预报作为一项重要的防洪非工程措施,能帮助人类有效防御洪水、减少洪灾损失、更好地控制和利用水资源,历来受到各级领导的高度重视。近年来,长江流域水情预报工作在上级有关部门的重视和支持下,已形成了控制全流域的水情站网,拥有与长江流域水情特点相结合行之有效的现代洪水预报方法,形成了“短、中、长期预报相结合、水文气象相结合”的技术路线。