新疆烏魯瓦提水庫調度方案探討

龐 文 革

(新疆維吾爾自治區(qū)烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 烏魯瓦提　848000)

新疆烏魯瓦提水庫調度方案探討

龐 文 革

(新疆維吾爾自治區(qū)烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 烏魯瓦提848000)

摘要：烏魯瓦提水利樞紐工程通過科學合理的調度，攔蓄洪水和按規(guī)定控制下泄流量，盡量減輕或避免下游洪水災害，滿足電站冬季發(fā)電及次年春灌要求，擴大了灌溉面積69萬畝，改善灌溉面積113萬畝；電站裝機容量60 MW，保證出力16.5 MW，多年平均發(fā)電量1.97億kWh，還可使下游喀拉喀爾及排孜瓦提兩個徑流式電站增加有效電量0.45億kWh。

關鍵詞：烏魯瓦提；水庫調度；問題；計算方法；調度方案

烏魯瓦提水利樞紐工程是和田河支流喀拉喀什河中游的控制性工程，具有灌溉、防洪、發(fā)電、改善生態(tài)等綜合效益。水庫攔河大壩為砼面板礫石碓石壩，主壩最大壩高133 m，距下游喀拉喀什河總引水樞紐63 km，水庫總庫容3.336×108m3。

1水庫調度運行方案

1.1徑流

在初設中采用的1957～1988年的基礎上加入1989～2000年資料，使系列延長到1957～2000年，共44年實測系列。根據(jù)烏魯瓦提水文站44年的資料分析，多年平均徑流量21.38億m3，與原初設的21.9億m3相比，減少約2.3%，變化不大。

1.2庫容特性

水庫兩岸高山夾持，河道狹窄，受地形制約，水庫水面較小，為典型的河道型水庫，水庫壅水高度108 m時相應庫容僅3.231億m3，平均每壅高lm水位取得約300萬m3庫容。烏魯瓦提水庫的這一特征，直接影響到水庫的灌溉，發(fā)電運行調度方式，尤其是汛期發(fā)電調度與排沙的矛盾。

1.3水庫調度運用參數(shù)

烏魯瓦提水庫是一具有綜合利用任務的水庫，水庫調度運用的主要參數(shù)及指標見表1。2水庫綜合調度圖的確定

烏魯瓦提水利樞紐工程具有灌溉、發(fā)電、改善生態(tài)、防洪等綜合利用效益，水庫泥沙問題比較嚴重，因而水庫調度中考慮的因素也較多，水庫基本調度圖的構成也較復雜，尤其是6、7、8月份的水庫調度矛盾較突出。一方面，為了使水庫的有效庫容得以長期保持，減少泥沙淤積對有效庫容的影響，通過水庫泥沙淤積計算后要求水庫6、7月份盡可能在死水位附近運行；另一方面在汛期除按規(guī)定的保證率滿足各部門用水要求外，還希望水庫盡早抬高水位，取得較好的能量效益并要求在汛末達到一定的滿蓄率，以保證滿足供水期各部門用水要求和電力系統(tǒng)的要求。從泥沙淤積計算的角度出發(fā)，希望水庫蓄水時間盡可能推遲以錯過泥沙較多的時段，若過早蓄水(7月初開始蓄水)，水庫可以保證很高的滿蓄率(與發(fā)電同保證率)，也可以盡早增大發(fā)電水頭，取得較好的能量效益，但勢必使7、8月份的泥沙大量淤積在水庫中，使有效庫容的淤損速度加快；若蓄水時間推遲到8月下、中旬，對排沙和減少水庫淤積十分有利，也可較容易的使水庫有效庫容得以長期保持，但水庫蓄滿的機率將大大降低。為協(xié)調這種矛盾，就需找出較適合的蓄水時間，制定出一種與此相適合的水庫運行方式，并仔細分析和研究7、8月份下游綜合用水的組成和滿足方式。

表1　烏魯瓦提水庫主要參數(shù)及指標表

2.1水庫調度計算考慮特殊處理的問題

2.1.1計算時段

烏魯瓦提水庫屬于不完全年調節(jié)水庫，一般按月為一個計算時段，但由于徑流年內(nèi)變化較大，汛期月內(nèi)來水也很不均衡，加之汛期水庫運用和調度矛盾突出，為了充分反映徑流月內(nèi)變化的影響，提高計算精度，汛期7、8兩月以旬為計算時段，供水期以月為計算時段。

2.1.2汛期下游綜合用水的滿足方式

烏魯瓦提水庫調度最突出的矛盾是汛期在按規(guī)定的保證率滿足各部門用水要求的前提下，使水庫汛末達到一定的滿蓄率。要做到這一點必須仔細研究汛期綜合用水的組成和滿足方式，使綜合利用各部門的要求盡可能協(xié)調起來。

2.1.3調度計算中典型年的選擇

由于徑流年際年內(nèi)變化都較大，汛期月內(nèi)分配也不均衡，調度線的計算采用了按年水量排隊選年；按供、蓄水期出力排隊的方法進行選年比較。通過分析，我們發(fā)現(xiàn)徑流年際年內(nèi)均較大的河流，采用不同方法選擇的計算典型年其結果的差異是較明顯的。在烏魯瓦提水庫調度計算中，汛期調度線計算按7、8月水量排隊選年，供水期分別按其平均出力和水量排隊選年。

2.2調度線的計算方法

2.2.1供水期調度線的計算

根據(jù)前述計算典型年的選擇方法， 先按相應于水電站設計保證率 (P電設) 選取若干典型年，經(jīng)修正后， 按相應于P電設的水電站保證出力(N電保=16.5 MW)并考慮滿足折減后的灌溉用水要求，自供水段末(5月末)逆時序逐月計算，求得不同典型年的水庫蓄水指示線，取下包線適當修正后作為供水期電站正常發(fā)電的下基本調度線；取上包線經(jīng)修正后作為供水期綜合需水的上基本調度線。

同樣，選取相應于灌溉設計保證率P灌設的若干典型年經(jīng)修正后按與P灌設相應的水電站保證出力(N灌保=17.7 MW)并滿足正常灌溉用水要求，自供水段末逆時序逐月計算，求得不同典型年的水庫蓄水指示線，取下包線經(jīng)修正后作為供水期綜合需水的下基本調度線；取上包線并經(jīng)修正后作為供水期正常灌溉的上基本調度線。

2.2.2蓄水期調度線的計算

基本方法與供水期計算相同，但汛期7、8月計算時段以旬計。 相應于P電設的蓄水期平均出力為42.5 MW，相應于P灌設的蓄水期平均出力為51.1 MW。

為保證水庫汛末蓄滿，8月份下游用水要求可在一定范圍內(nèi)變化，即以滿足灌溉用水要求為基本條件，盡快蓄水，對生態(tài)用水要求本著大水多放，小水少放的原則，放水時間是嚴格地按要求供給，追求7、8兩月總水量上滿足要求，而供水時間則可按上述原則靈活掌握。

將供、蓄水期各基本調度線組合在一起，并將有關洪水調節(jié)的特征水位考慮進去，便構成了烏魯瓦提水庫的年基本綜合調度圖。

2.3水庫綜合調度方案

2.3.1運行方式

烏魯瓦提水庫較為合理的調度方案需經(jīng)過多方案分析比較后才能得出。計算中規(guī)定除特枯年(1965年6月～1966年5月)外，其余年份均從8月初開始蓄水，確定的水庫運行方式為：汛期6～7月結合下游綜合用水要求，水庫維持在死水位泄洪排沙運行，8月初水庫開始蓄水，汛末8～9月水庫蓄水至正常高水位。10月至翌年5月末，水庫進入供水期，庫水位從正常高水位逐漸消落至死水位(1 924.0 m)。

2.3.2水庫綜合調度圖的確定

在基本調度圖的控制下進行長系列操作，據(jù)此結果分別進行電力電量平衡計算，水庫泥沙淤積計算并對綜合用水滿足的程度及水庫汛末滿蓄率進行統(tǒng)計。當某一部門的用水要求不能滿足或達不到規(guī)定的保證率時，應對相應的調度線進行修正，直到滿足要求為止。經(jīng)長系列操作修正后便可得出確定的綜合調度圖，據(jù)此進行最后一輪長系列操作計算，得出各項水利動能指標。

2.3.3調度圖中各線和區(qū)的調度意義

烏魯瓦提水庫基本調度圖由四根線劃分成五個區(qū)構成，各調度線名稱簡化如下：

Z1線——正常發(fā)電的下基本調度線。

Z2線——綜合需水的下基本調度線。

Z3線——綜合需水的上基本調度線

Z4線——正常灌溉的上基本調度線。

各區(qū)調度意義如下：

(1) Z1線以下區(qū)：灌溉用水破壞，水電站正常發(fā)電破壞，降低出力(低于保證出力圖)運行；

(2)Z1線與Z2線之間：水電站按保證出力圖(即汛期42.5 MW，供水期16.5 MW)工作，灌溉用水按折減后值供給；

(3)Z2線與Z3線之間：水電站按保證出力圖工作，滿足正常的灌溉用水要求；

(4)Z3線與Z4線之間：水電站按相應于灌溉保證率的保證出力圖(即汛期51.1 MW，供水期17.7 MW)工作，滿足正常灌溉用水要求；

(5)Z4線以上區(qū)：在滿足灌溉用水要求的前提下加大出力運行，以Z4線為控制標準。

2.4烏魯瓦提水庫調度圖及主要水利動能指標

按此調度圖進行長系列操作后各項指標如下：

(1) 水庫滿蓄率95%以上(與發(fā)電同保證率)；

(2) 水庫蓄水運行50年，扣除泥沙淤積侵占的有效庫容后水庫仍有約2.0億m3有效庫容可以繼續(xù)使用，滿足綜合利用對有效庫容的需要；

(3) 多年運用灌溉保證率81%，大于規(guī)定的灌溉設計保證率(P=75%)；

(4) 水電站保證出力16.53 MW；

(5) 多年平均電能加權水頭83.0 m；

(6) 水電站裝機60 MW時多年平均發(fā)電量1.97億kWh。

通過上述各項指標分析，烏魯瓦提水庫綜合調度圖較好的解決和協(xié)調了各部門之間的矛盾，滿足了各部門的要求，為科學管理和控制烏魯瓦提水庫的運用提供了參考依據(jù)。

3汛期水庫調度

3.1樞紐工程概況

截止2000年底，主、副壩各項施工全面完成，達到設計高程1 967 m，2001年9月底庫水位蓄至設計水位1 962 m，目前總庫容3.47億m3基本可全面投入使用。泄洪洞、沖沙洞工作閘井后缺陷處理，已與2002年2月初完成，具備過流條件：溢洪道2002年5月30日挑流坎改造完成，具備過流條件。

3.2調洪成果

初設階段確定的汛期限制水位為1 959.5 m，起調水位與汛期限制水位相同，調洪成果見表2。

表2　初設階段調洪成果表(正常蓄水位1 962.0 m)

本次對設計洪水進行了復核，洪水系列在初步設計報告的基礎上，加入1991～2000年的實測洪水系列，技施階段對泄洪建筑物的尺寸進行了優(yōu)化，具體見下：

3.2.1溢洪道

初步設計階段，溢洪道設計堰頂高程1 954 m，凈寬14 m，設計洪水位1 962.65 m時的泄量為692 m3/s，校核洪水位1 964.74 m時的泄量為936m3/s。技施設計階段溢洪道優(yōu)化設計后的堰頂高程為1 951.20 m，凈寬16 m，泄洪能力較初步設計階段有較大提高，校核洪水位1 963.29 m時的最大泄量為1 850 m3/s。

3.2.2泄洪排沙洞

泄洪排沙洞進口底板高程1 885 m，工作閘孔口尺寸為6 m×6 m，初設階段校核洪水位時的泄量為950 m3/s；后經(jīng)水工模型試驗，其校核洪水位時的最大泄量為1 130 m3/s，增大了19%。

3.2.3沖沙洞

初設階段沖沙洞布置在左岸發(fā)電洞進口右側29.6 m處，進口底板高程1 892.0 m，工作閘孔口尺寸2 m×2 m，校核洪水位時的泄量為130 m3/s。技施階段對沖沙洞進行了優(yōu)化設計，將沖沙洞進口移至發(fā)電洞左側17 m處，進口底板高程1 894.00 m，較發(fā)電洞進口底板高程1 905.00 m低11 m。沖沙洞與發(fā)電洞進口共用一個引渠。沖沙洞最大設計泄量為123 m3/s，與初設時校核洪水位的泄量130 m3/s比較，差別不大。其復核調洪成果見表3。

表3　本次復核調洪成果表(正常蓄水位1 962.0 m)

優(yōu)化后的泄洪建筑物總的泄洪能力較初設階段的泄洪能力有所增加，最高洪水位較初設階段低，提高了工程的安全性。

4結語

烏魯瓦提水利樞紐工程在和田河向塔里木河干流的供水量保持10.57億m3的前提下，以解決灌區(qū)春灌用水為主，并結合發(fā)電和防洪等綜合利用要求，與灌區(qū)調節(jié)水庫、灌排渠系配套工程，渠道防滲和地下水開發(fā)等工程措施配合，統(tǒng)籌調配

水資源。攔蓄洪水和按規(guī)定控制下泄流量，盡量減輕或避免下游洪水災害，滿足電站冬季發(fā)電及次年春灌要求，擴大了灌溉面積4 6000公頃，改善灌溉面積75 333.3公頃；電站裝機容量60 MW，保證出力16.5 MW，多年平均發(fā)電量1.97億kWh，還可使下游喀拉喀爾及排孜瓦提兩個徑流式電站增加有效電量0.45億kWh。

參考文獻：

[1]潘婷,雷曉云,郭秀娟,靳昇,李芳松. 烏魯瓦提水庫調度模型及算法研究[J]. 人民黃河. 2012(01)

[2]潘婷,雷曉云,靳昇,李芳松. 遺傳算法在烏魯瓦提水庫優(yōu)化調度中的應用研究[J]. 水利與建筑工程學報. 2011(01)

[3]王和平,許玉忠. 淺談新疆烏魯瓦提水利樞紐工程綜合自動化系統(tǒng)改造[J]. 人民珠江. 2015(01)

[4]陳瑤. 小流域水土保持綜合治理工程實踐與探索——雁子小流域水土保持綜合治理工程實踐為例[J]. 黑龍江水利科技. 2014(07)

[5]張能春,溫守遠,董克鵬. 新疆喀拉喀什河烏魯瓦提出庫水文站洪水研究[J]. 內(nèi)蒙古水利. 2012(05)

收稿日期:2016-04-28

中圖分類號:TV697.1+1；TV551.1+6

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0117-03

作者簡介:

龐文革(1967-)，男，漢族，甘肅天水人，工程師，從事水利水電研究工作.

(責任編輯：卓政昌)