考虑上下游复杂水力联系的水库初期蓄水方案研究——以白鹤滩水库为例.pdf

第 卷 第 期 年 月人 民 长 江.收稿日期:作者简介:任在民男高级工程师硕士主要从事水能规划和综合能源规划 :.文章编号:()引用本文:任在民王鹏飞王玮等.考虑上下游复杂水力联系的水库初期蓄水方案研究:以白鹤滩水库为例.人民长江():.考虑上下游复杂水力联系的水库初期蓄水方案研究 以白鹤滩水库为例任 在 民王 鹏 飞王玮欧阳秋平曾 昭 芳(.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江 杭州 .中国三峡建工(集团)有限公司四川 成都)摘要:制定上下游存在复杂水力联系的水库初期蓄水方案时既要考虑上游来水、上下游用水、工程安全及库岸稳定等诸多因素又要分析协调上下游水库配合蓄水的对策及影响 研究了白鹤滩水库初期蓄水方案在初期蓄水时需考虑上游调节能力较好的二滩水库和乌东德水库的运行方式下游溪洛渡水库和向家坝水库的下游生态及航运用水要求以及梯级电站的发电计划、电力消纳和电网供电计划等 白鹤滩水库初期蓄水方案为:白鹤滩水库蓄水期间除乌东德水库提供调蓄水量.亿 外锦屏一级和二滩水库协助提供水量.亿 需乌东德水电站按 台机组运行二滩水库在 年 月上旬末库水位应不低于 月底水位消落至 其运行方式的调整对二滩及下游桐子林等梯级总发电量和可调容量影响较小下游溪洛渡水库和向家坝水库按满足下游生态及航运用水要求协调运行两电站的可调容量相比运行方式调整前最大分别减少约 以此制定的蓄水方案保障了白鹤滩水库初期蓄水计划的如期实施该研究思路、方法可为类似工程的初期蓄水研究提供参考关 键 词:水库调度 初期蓄水方案 水力联系 梯级水库 白鹤滩水库中图法分类号:文献标志码:./.引 言考虑上游来水、上下游用水、工程安全及库岸稳定等综合因素 是合理确定水库初期蓄水方案的前提必要时还需要分析并提出协调上下游水库配合蓄水的对策 相关学者对水库初期蓄水计算进行了大量研究如罗纯军等通过长系列法、典型年法、逐月排频法、典型蓄水位期法及逐月整体排频法进行实例计算分析认为逐月整体排频法更科学准确高洁以相同需蓄水量为目标对蓄水历时进行排频计算求得设计保证率相应典型入库流量过程线的方法思路较为简单、适合程序化操作王明华、涂俊钦、李太成及秦晓明等分别分析了库岸滑坡、安全监测、下游供水及来水水情等因素对水库蓄水影响裴金林、李雨、杨凤英等则分别从蓄水方案的下游通航要求、蓄水优化调度方法和下闸蓄水方案研究等方面提出了研究新思路冯平等以岗南水库为例分析了超汛限水位蓄水的风险陈永生、杨子俊等分别研究了水布垭和糯扎渡初期蓄水对下游供水的影响 此外一些学者针对水库蓄水时机等其他细分方面进行了研究 但是鲜见存在复杂水力联系的上下游梯级水库配合拟蓄水水库初期蓄水及其影响分析方面的研究本文以白鹤滩水库初期蓄水为例从运行方式、出力及可调容量等方面分析了白鹤滩水库初期蓄水后对上下游梯级水库的影响以此作为协调调度运行的依据 并基于该思路制定了白鹤滩水库蓄水方案以保障白鹤滩水库初期蓄水计划的如期实施以期为类似条件的水库初期蓄水方案研究提供参考 第 期 任在民等:考虑上下游复杂水力联系的水库初期蓄水方案研究 以白鹤滩水库为例 工程概况白鹤滩水电站为金沙江下游 个水电梯级 乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水电站中的第二个梯级电站电站投产后将成为世界第二大水电站 电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内距巧家县城 上接乌东德梯级下邻溪洛渡梯级距离溪洛渡水电站 为确保白鹤滩水电站首批机组如期投产发电 年 月 日至 月 日水库水位需要从 左右蓄至死水位 蓄水量高达.亿 采用蓄水保证率 时段考虑上游两河口水库、杨房沟水库及苏洼龙 个水库初期蓄水总量约.亿 及观音岩引水量.亿 则白鹤滩水电站坝址剩余水量仅为.亿 将下泄生态水量.亿 计入蓄水过程水量损失后白鹤滩水库初期蓄水水量缺口约为.亿 由此可见白鹤滩水库初期蓄水将面临来水量严重不足的形势为保障白鹤滩水库初期蓄水计划的实施需基于不同来水工况综合分析协调上下游水库运行的措施及其影响在满足下游生态和航运行用水要求基础上研究制定白鹤滩水库初期蓄水方案 数据来源及研究思路.数据来源以白鹤滩水库初期蓄水为研究对象考虑上游锦屏一级、二滩、两河口、杨房沟、苏洼龙、乌东德及观音岩水库引水对白鹤滩水库入库径流的影响以及下游溪洛渡梯级电站对白鹤滩水库初期蓄水泄放生态流量的影响故研究对象还包括影响白鹤滩水库初期蓄水的上下游调节能力较好的梯级电站及引用水工程白鹤滩水电站与上下游梯级拓扑关系示意见图 本文采用资料包括白鹤滩水电站设计阶段 年 月至 年 月共 个水文年天然径流数据上下游主要梯级的运行方式及主要参数以上资料均来源于白鹤滩水电站蓄水阶段相关设计成果图 白鹤滩水电站与上下游梯级拓扑关系示意.研究思路对白鹤滩水电站坝址 年 月至 年 月共 个水文年天然径流系列排频选取保证率为的蓄水代表段(相应代表段 年 月 日至 月 日)及白鹤滩水电站坝址水文代表站六城站实测径流数据进行蓄水计算相应计算准则如下:()根据白鹤滩水电站上下游工程蓄水和引调水情况分析白鹤滩水电站坝址可蓄水量 上游工程蓄水和引调水对白鹤滩水库入库流量有影响下游用水对白鹤滩水库下泄水量有影响以此分析白鹤滩水库在蓄水期的可蓄水量 上游蓄水和引调水工程主要考虑两河口、杨房沟、苏洼龙水库以及观音岩引水工程上述工程蓄水、调水与白鹤滩水库初期蓄水有一定的重叠期会减少白鹤滩水库的入库流量 下游用水主要考虑泄放生态流量同时满足下游航运用水要求()根据分析得出的白鹤滩水库初期蓄水期可蓄水量与要求蓄水量分析提出需要上游调蓄能力较大梯级电站的配合水量及对策()基于上下游梯级水库配合措施分析其对梯级水库运行方式、平均出力及可调容量等方面的影响最终为协调电力系统及电站调度提供参考依据 白鹤滩水库初期蓄水影响因素大型水电站工程初期蓄水往往受到多种因素的影响一般是多种因素共同主导、综合影响制约因素的影响可能短时性的也可能贯穿于整个初期蓄水过程影响白鹤滩水库初期蓄水的主要因素包括移民搬迁进度、上下游用水要求、工程枢纽建筑物及水库库岸稳定、闸门及封堵建筑物等安全要求 白鹤滩水库初期蓄水计划为:按照工程施工进度初期蓄水第一阶段(年 月中旬至 年 月 日)属于导流设施封堵阶段水库水位主要取决于入库流量和导流隧洞或导流底孔泄流能力为水位自然升降阶段第二阶段(年 月中旬至 月底)号导流底孔下闸蓄水 年 月进行 号导流底孔下闸 年 月底水库水位蓄至水位 进行机组调试 年 月 日首批机组投产发电白鹤滩水库在初期蓄水期间对蓄水的原则与相关影响因素分析如下:()各期蓄水和水位上升均需与移民搬迁进度相匹配()蓄水期间需保证下游生态用水和通航用水的要求主要根据 年 月 日至 月 日生态环境部环境工程评估中心对金沙江白鹤滩水电站环境 人 民 长 江 年保护总体设计报告评审意见的要求:“原则同意生态流量泄放方案调整 工程导流底孔下闸起蓄时间较环评阶段方案提前约 个月初期蓄水过程中有 下泄流量低于环评批复要求此期间通过优化下游溪洛渡运行调度保证溪洛渡水库运行水位与白鹤滩坝址尾水相衔接 下阶段应做好初期蓄水期间乌东德、白鹤滩以及溪洛渡、向家坝的调度协调切实保障白鹤滩坝下河段生态用水需求 白鹤滩运行期应下泄不低于 /的生态流量”根据金沙江向家坝水电站水库与电站运行调度规程(试行)向家坝水电站最小通航流量为 /根据 年 月金沙江向家坝水电站升船机运行期航运调度方案审查意见:“枢纽下游设计最小通航流量为 /升船机运行初期最小通航流量暂定为 /待乌东德、白鹤滩等上游水库蓄水运行后开展联合调度研究进一步提高最小下泄流量 白鹤滩水库初期蓄水期间需保证向家坝下游最小通航流量的要求结合向家坝水电站近年的实际运行情况从对白鹤滩蓄水偏不利情况考虑蓄水计算时最小通航流量按 /计”()工程蓄水规划水库水位及上升速度应满足工程枢纽建筑物及水库库岸稳定、闸门及封堵建筑物等安全要求 综合大坝及库岸稳定安全等相关要求白鹤滩水库 以上蓄水上升速率按不大于./控制 以下蓄水上升速率则不做限制库水位下降速率按不大于./控制()在保证下游河道不出现断流和下游用水要求的前提下水库应尽快完成蓄水、实现发电目标()蓄水期间入库径流考虑上游两河口、杨房沟、苏洼龙水库蓄水及观音岩引水工程的影响并统筹协调上下游梯级调度运行方式 白鹤滩水库初期蓄水计算及方案确定.典型年蓄水过程选取 蓄水代表段进行白鹤滩水库蓄水过程计算上游梯级协助蓄水前后蓄水计算成果分别见表.实际年蓄水过程根据白鹤滩水库坝址水文代表站六城站实测径流资料分析选取六城站 年实测各旬平均流量进行蓄水计算(见表)按蓄水保证率初期蓄水期 月 日至 月 日需要由二滩水电站出库的总水量为.亿 其中天然径流量为.亿(考虑杨房沟蓄水后)、锦屏一级、二滩水电站增加调蓄的水量约为.亿从实际年实测流量的蓄水计算成果看按六城站 年实测逐旬平均流量计算考虑上游各梯级调蓄作用及下游用水要求等至 年 月底考虑乌东德水库提供调蓄水量.亿 上游梯级正常调蓄至 月底可满足机组水位调试水位要求蓄水速率为./为确保白鹤滩水电站 年 月 日发电以 典型年蓄水过程为本文分析的基本方案.计算结果分析在白鹤滩水库初期蓄水重点阶段 年 月 日至 月 日(蓄至机组调试水位 )根据环境评价中心关于初期蓄水期生态流量的评审意见白鹤滩水库初期蓄水前(年 月 日前)溪洛渡水库水位需蓄至 白鹤滩水库蓄水期间白鹤滩和溪洛渡梯级衔接时(溪洛渡水库水位 以上时)白鹤滩水库按平均流量/下泄白鹤滩和溪洛渡表 白鹤滩水库初期蓄水过程(上游梯级协助前).()时段天数/白鹤滩水库坝址天然流量/()两河口水库蓄水流量/()杨房沟水库蓄水流量/()苏洼龙水库蓄水流量/()观音岩水库引水流量/()考虑上游影响后白鹤滩水库坝址流量/()白鹤滩水库流量损失/()白鹤滩水库蓄水期最小下泄流量/()白鹤滩水库可蓄水量/亿 月上旬 月中旬.月下旬.月上旬.月中旬.月下旬.月上旬.月中旬.月下旬.月水量/亿.月中旬至 月水量/亿.注:根据杨房沟水库初期蓄水计算成果 月中旬由于入库来水减少为满足下游生态泄量要求杨房沟始末库容略微减少折算蓄水流量为负 第 期 任在民等:考虑上下游复杂水力联系的水库初期蓄水方案研究 以白鹤滩水库为例表 白鹤滩水库初期蓄水过程(上游梯级协助后).()时段天数/上游梯级水库协助前可蓄水量/亿 乌东德水库提供流量/()乌东德水库流量损失/()锦屏一级、二滩水库提供调蓄流量/()锦屏一级、二滩水库补水后时末库容/亿 锦屏一级、二滩水库补水后时末水位/月上旬.月中旬.月下旬.月上旬.月中旬.月下旬.月上旬.月中旬.月下旬.月水量/亿.月中旬至 月水量/亿.注:锦屏一级、二滩水库提供的调蓄流量根据水量缺口折算平均流量考虑表 白鹤滩水库实际初期蓄水过程(按 年六城站实测平均流量).()时段天数/六城站实测流量/()两河口水库蓄水流量/()杨房沟水库蓄水流量/()苏洼龙水库蓄水流量/()观音岩水库引水流量/()乌东德水库调蓄流量/()白鹤滩水库入库流量/()白鹤滩水库下泄流量/()白鹤滩水库可蓄水量/亿 白鹤滩水库旬末库容/亿 白鹤滩水库旬末水位/月上旬.月中旬.月下旬.月上旬.月中旬.月下旬.月上旬.月中旬.月下旬.总水量/亿.梯级不衔接时白鹤滩水库按平均流量 /下泄溪洛渡 区间库容为.亿 在保证向家坝下游航运流量 /的条件下考虑白鹤滩水库蓄水平均下泄 /溪洛渡维持 以上运行.蓄水期内的剩余.白鹤滩水库需平均下泄 /初期蓄水频率情况下考虑上游两河口、杨房沟、苏洼龙蓄水及观音岩引水等影响上游梯级协助蓄水前白鹤滩水库初期蓄水期水量缺口高达.亿.方案分析乌东德水电站已经投运水库最大调蓄水量.亿 锦屏一级和二滩水库调节库容分别为.亿和.亿 白鹤滩水库蓄水期间以上 个水库有部分调节库容用于调节增加枯期流量 因此上游梯级的配合主要考虑乌东德、锦屏一级、二滩水库考虑实际调度中乌东德水电站发电要求协调提供调蓄水量时最低发电水位按 计并考虑白鹤滩水电站 号导流隧洞下闸封堵期间 水位以下移民搬迁完毕前乌东德水库需要预留的调蓄库容为.亿(乌东德最高库水位约.)乌东德库水位.可提供调蓄水量.亿 再考虑上游锦屏一级和二滩水电站补充水量约.亿 至 年 月底白鹤滩水库水位可蓄至机组调试水位 至 年 月中旬库水位可蓄至 根据锦屏一级、二滩水电站 年计划的调度方案锦屏一级水库按原调度计划从 月 日至 月 日水位由 消落至 可提供正常的调蓄水量约.亿 则需由二滩水电站协助提供的调蓄水量约.亿 因此二滩水电站库水位需从 年 月 日开始消落年 月 日消落至 综上分析为减小对上游梯级的影响白鹤滩水库初期蓄水最优方案为:只考虑雅砻江二滩梯级和白鹤滩水电站上游邻近的乌东德梯级的配合 白鹤滩水库初期蓄水对上下游梯级调度影响分析.对二滩水电站 年运行方式的影响根据 年运行调度计划 月 日至 月 日二滩水库水位从 消落至 在蓄水 人 民 长 江 年保证率 情况下需二滩水电站调整的调度运行方式为:月至次年 月一般为二滩水库供水期为预留库容不使库水位过早消落水库在 年 月上旬末水库水位应不低于 年 月中旬至 月底二滩水库水位消落至 结合发电协助白鹤滩水库蓄水至机组调试水位 .对二滩、桐子林水电站容量和出力的影响为协助白鹤滩水电站蓄水二滩水电站运行方式调整将影响下游紧邻的桐子林水电站 二滩、桐子林水电站运行方式调整前后两梯级可调容量变化见表 从月均出力和可调容量来看二滩水电站运行方式调整后二滩水电站 月平均出力减少 、月平均出力增加 月可调容量基本没有影响二滩水电站运行方式调整后桐子林水电站 月平均出力减少 、月平均出力分别增加 月对可调容量无影响.对乌东德水电站的影响在白鹤滩水库初期蓄水期间为提供调蓄水量 年 月 日前乌东德水电站需要维持高水位运行电站需按来水流量发电 经计算 年 月至 月上旬蓄水保证率 情况下乌东德水电站发电出力为 按发电出力计乌东德电站仅能按 台机组运行根据乌东德水电站机组投产计划至 年 月电站共投产 台机组 年 月电站共投产 台机组装机容量分别达 因此为协助白鹤滩水库初期蓄水需要协调电网对乌东德电站发电容量进行调度.对溪洛渡、向家坝水电站的影响.溪洛渡电站运行方式在白鹤滩水库初期蓄水期间需要下游溪洛渡水库协助建议溪洛渡、向家坝水电站运行方式调整为:()一般 月至次年 月为溪洛渡水电站供水期为预留库容不使水库水位过早消落水库在 年 月初水位不应过低 年 月上旬至 月上旬控制水库水位保持在 适当减少发电出力按来水为主发电 至 年 月 日水库水位保持不低于 月中旬至 月底按协助白鹤滩水库蓄水的方式运行其中:月中旬至 月 日水库水位由 消落至 时(与白鹤滩水电站梯级衔接)白鹤滩水电站按平均流量 /下泄为保证下游航运要求溪洛渡水电站结合发电按 /下泄(最小通航流量按 /计以强迫出力运行)水库水位消落至 月 日至 月底溪洛渡水位低于 时(与白鹤滩梯级不衔接)白鹤滩水电站下泄流量增加为 /利用 以下调节库容.亿 溪洛渡电站可不再以强迫出力运行(按库容.亿 计算溪洛渡平均下泄流量可达 /)因此 年 月 日至 月底溪洛渡水电站可在满足下游最小通航流量的前提下利用水库库容调节按电网调度发电()向家坝水电站 月中旬至 月 日按下游最小通航流量(按 /计)发电 月 日至 月底溪洛渡水位低于 (与白鹤滩水电站梯级不衔接)白鹤滩水电站下泄流量增加至 /向家坝水电站可在满足下游最小通航流量的前提下按电网调度发电.溪洛渡、向家坝水电站可调容量运行方式调整前后溪洛渡、向家坝水电站的可调容量见表 在白鹤滩水库初期蓄水的前.(月中旬至 月 日)由于梯级衔接和下游最小航运流量要求溪洛渡、向家坝水电站需要基本按下泄流量 /以基荷运行(即以强迫出力运行)两电站的可调容量分别约为 相比运行方式调整前(正常运行情况时两电站可调容量 )电站可调容量有较大的减少最大分别减少约 表 白鹤滩水库初期蓄水对二滩水电站可调容量影响.月份二滩水电站调整前二滩水电站调整后调整前后变化平均出力/强迫出力/检修容量/受阻容量/预想出力/可调容量/平均出力/强迫出力/检修容量/受阻容量/预想出力/可调容量/出力/可调容量/第 期 任在民等:考虑上下游复杂水力联系的水库初期蓄水方案研究 以白鹤滩水库为例表 白鹤滩水库初期蓄水对桐子林水电站可调容量影响成果.月份桐子林水电站调整前桐子林水电站调整后调整前后变化平均出力强迫出力检修容量受阻容量预想出力可调容量平均出力强迫出力检修容量受阻容量预想出力可调容量出力可调容量表 白鹤滩水库初期蓄水对溪洛渡水电站可调容量影响成果.时段溪洛渡水电站调整前溪洛渡水电站调整后调整前后变化平均出力强迫出力检修容量受阻容量预想出力可调容量平均出力强迫出力检修容量受阻容量预想出力可调容量可调容量 月中旬 月下旬 月 日表 白鹤滩水库初期蓄水对向家坝水电站可调容量影响成果.时段向家坝水电站调整前向家坝水电站调整后调整前后变化平均出力强迫出力检修容量受阻容量预想出力可调容量平均出力强迫出力检修容量受阻容量预想出力可调容量可调容量 月中旬 月下旬 月 日 注:溪洛渡水电站最大可调容量按 考虑 结 论()为确保白鹤滩水电站 年 月 日首批机组投产发电 年 月底水库水位需蓄至 在蓄水保证率 情况下除乌东德水库提供调蓄水量.亿 外尚缺水量约.亿 需要协调上游具有调节库容的水库运行来配合白鹤滩水库初期蓄水的实施()雅砻江锦屏一级和二滩水库调蓄能力较好其发电调度运行对白鹤滩水库蓄水有较大影响 锦屏一级水库按原调度计划从 月 日至 月 日水位由 消落至 可提供调蓄水量约.亿 则需二滩水电站 年 月 日由库水位 开始消落 年 月 日水位消落至 可提供调蓄水量约.亿 按此运行方式调整后可保障白鹤滩水库按期完成初期蓄水目标上游雅砻江梯级发电流量主要取决于电网调度因此白鹤滩水库蓄水期间需要协调上游雅砻江梯级的蓄水和发电调度运行以保证白鹤滩水库蓄水水量()为协助白鹤滩水库蓄水二滩水库在 年 月上旬末水库水位应不低于 月底水位消落至 其运行方式的调整对二滩及下游桐子林等电站总发电量和可调容量影响较小蓄水期内乌东德水电站按 台机组运行蓄水期内下游溪洛渡、向家坝协调运行以满足下游生态及航运用水要求两电站需要按下泄流量 /以基荷运行(即以强迫出力运行)两电站的可调容量相比运行方式调整前有较大的减少最大分别减少约 因此需要电网调度协调电站运行的方式调整预先协调安排上述电站的发电计划、电力消纳和电网供电计划参照本文初期蓄水方案及对策研究成果白鹤滩水库实际初期蓄水过程中制定了上、下游梯级的协调调度预案保障了水库顺利完成初期蓄水目标 白鹤滩水库已于 年 月 日下闸蓄水于 年 月 日水位蓄至 为电站首台机组投产奠定了基础参考文献:陈炯宏徐涛李长春等.三峡水库蓄水期综合调度需求分析.人民长江():.钟式范马水山张保军.隔河岩水利枢纽水库蓄水对岸坡稳定性的影响.岩土力学与工程学报():.张小春刘军陈志杰.长河坝水电站水库初期蓄水方案研究.四川水利():.罗纯军彭娴.基于径流年内不完全随机分配的水库初期蓄水模型.人民长江():.高洁.水电站初期蓄水过程计算方法.水力发电():.王明华晏鄂川.水库蓄水对库岸滑坡的影响研究.岩土力学():.涂俊钦钟红春高兴中.江垭水库大坝安全监测在蓄水初期的分析应用.水电自动化与大坝监测():.人 民 长 江 年 李太成魏志远.大型水电工程初期蓄水影响因素及其对策.水力发电():.秦晓明.金沙江金沙水电站初期蓄水水情及调度成果分析与研究.计量与测试技术():.裴金林刘怀汉.三峡水库初期汛后蓄水兼顾坝下通航要求的调度方案.水道港口():.李雨.水库防洪和蓄水优化调度方法及应用.武汉:武汉大学.杨凤英吉鹏.江坪河水电站水库下闸蓄水方案研究.水力发电():.冯平陈根福纪恩福等.岗南水库超汛限水位蓄水的风险分析.天津大学学报(自然科学与工程技术版)():.陈永生李文俊李建华.水布垭水电站水库初期蓄水研究.人民长江():.杨子俊张建华韩兵.糯扎渡水电站水库初期蓄水方案研究.水力发电():.(编辑:江 文):(.):.:.: