淺談海南瓊中抽水蓄能電站水庫調(diào)度

劉澤佳,郭 凡，余良城

(海南蓄能發(fā)電有限公司，海南海口570100)

1 水庫概況

海南瓊中抽水蓄能電站(以下簡稱“海蓄電站”)位于海南省瓊中縣南渡江腰仔河支流黎田河上游段，為二等大(2)型工程，主要承擔海南電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動等任務。電站利用黎母山林場場部以南約2.5 km處原大豐水庫庫區(qū)作為上水庫，控制流域面積5.41 km2，主要建筑物有主壩、副壩1和2及豎井式溢洪道，正常蓄水位567.00 m，死水位560.00 m，調(diào)節(jié)庫容499.6萬m3，死庫容274.6萬m3，總庫容925.3萬m3；下水庫位于黎母山林場一分區(qū)場部以南約420 m處的黎田河上，控制流域面積17.51 km2，主要建筑物有大壩、弧形閘門控制溢洪道和錐形閥控制放水底孔，正常蓄水位253.00 m，死水位239.00 m，調(diào)節(jié)庫容499.5萬m3，死庫容232.9萬m3，日調(diào)節(jié)水庫總庫容843.8萬m3。水庫擋水建筑物按100年一遇洪水設計，2000年一遇洪水校核。

2 水雨情綜述

2.1 水文資料

大豐雨量站，位于黎田河與腰仔河交匯處，1959年開始有刊布資料。測雨儀器高程180m，器口離地面高度0.7 m。統(tǒng)計1959年～2015年共57 a實測年、月降雨量，上、下庫雨量代表站多年年、月平均降水量見表1；上、下庫壩址多年各月平均流量及年內(nèi)分配詳見表2。

上、下水庫壩址多年平均流量分別為0.254、0.822 m3/s，多年平均天然年徑流量分別為801萬m3和2 592萬m3。

2.2 水庫運行資料

下水庫于2017年3月下閘蓄水，上水庫于2017年6月完成導流洞封堵并開始蓄水。海蓄電站擁有一套水情監(jiān)測系統(tǒng)(1個中心站，2個壩前雨量站)用于實時監(jiān)測水庫水位和流域水情，截止目前已獲取一個完整年的水雨情數(shù)據(jù)：2017年汛期(5月～10月)，電站流域降雨量達1 784 mm，為流域多年同期均值(1 819 mm)的98%；在降水時間分布上，5月、7月、9月、10月大于多年同期均值，6月和8月則少于同期均值。水庫運行以來最大降雨發(fā)生在2018年8月10日，當日12 h累計降雨量達177 mm，為特大暴雨，期間最大入庫流量達279 m3/s，達到設計給出的5年一遇洪水級別。

表1 上、下庫雨量代表站多年年、月平均降水量 mm

表2 上、下水庫壩址多年各月平均流量及年內(nèi)分配

3 水庫日常運作

3.1 日常運作原則

海蓄電站的建立目的是承擔海南電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動等任務，無供水、灌溉等綜合利用功能，故水庫運行最佳總庫容為既可充分利用水能又不發(fā)生泄流狀態(tài)下的庫容。即：上庫發(fā)電至死水位、下庫至正常蓄水位，此時上、下庫總庫容為1 006.97萬m3；或下庫抽水至死水位、上庫至正常蓄水位，此時上、下庫總庫容為1 007.11萬m3；上、下庫運行的最佳總庫容取兩者較小值，為1 006.97萬m3。

(1)保證大壩安全，正常運行時上/下庫水位均不得超過其正常蓄水位567.00 m/253.00 m。

(2)在滿足上、下庫水位控制的前提下，總庫容在975萬～1 075萬m3內(nèi)對水庫、大壩安全沒有影響，故正常運行狀態(tài)時上、下庫總庫容控制在975萬～1 075萬m3之間。

3.2 日常運作計算

3.2.1 機組發(fā)電可運行時間

機組發(fā)電可運行時間直接與上庫水位和庫容有關，按發(fā)電至死庫容計算；同時下庫不泄洪作為約束條件。

(1)發(fā)電時間計算公式：①根據(jù)上庫水位計算上庫庫容，結(jié)合海蓄電站上庫水位-庫容表、利用線性插值法得到當前水位對應上庫庫容A1；②上庫死庫容(死水位對應庫容為死庫容)A死=274.58萬m3；③G=1臺機組滿發(fā)每小時26.28萬m3，多臺機組以此計算以此類推；④1臺機組可運行小時數(shù)h=(A1-A死)/G。

(2)校驗條件為上庫發(fā)電至死水位，確保下庫在正常蓄水位253 m以下：①根據(jù)下庫水位計算下庫庫容，結(jié)合海蓄電站下庫水位-庫容表、利用線性插值法得到當前水位對應下庫庫容D1；②下庫正常庫容(正常蓄水位對應庫容為正常庫容)D正常=732.39萬m3；③校驗條件(A1-A死)≤(D正常-D1)。

(3)結(jié)果：如果(A1-A死)≤(D正常-D1)，表明機組可發(fā)電至上庫死水位；如果(A1-A死)>(D正常-D1)，表明機組發(fā)電至水庫死水位時，下庫水位將超正常蓄水位253 m，機組發(fā)電可運行時間將小于計算值。亦即，機組不能發(fā)電至上庫死水位，此時1臺機組發(fā)電可運行小時數(shù)h=(D正常-D1)/G。

3.2.2 機組抽水可運行時間

機組抽水可運行時間，直接與下庫水位和庫容有關，按抽水至死庫容計算，同時以上庫不泄洪作為約束條件。

(1)抽水時間計算公式：①根據(jù)下庫水位計算下庫庫容，結(jié)合海蓄電站下庫水位-庫容表、利用線性插值法得到當前水位對應下庫庫容D1；②下庫死庫容(死水位對應庫容為死庫容)，D死=232.93萬m3；③P=1臺機組滿抽每小時21.6萬m3，多臺機組以此類推；④1臺機組抽水可運行小時數(shù)h=(D1-D死)/P。

(2)校驗條件為下庫抽水至死水位，確保上庫在正常蓄水位567 m以下：①根據(jù)上庫水位計算上庫庫容，結(jié)合海蓄電站上庫水位-庫容表、利用線性插值法得到當前水位對應上庫庫容A1；②上庫正常庫容(正常蓄水位對應庫容為正常庫容)A正常=774.18萬m3；③校驗條件(D1-D死)≤(A正常-A1)。

(3)結(jié)果：如果(D1-D死)≤A正常-A1)，表明機組可抽水至下庫死水位；如果(D1-D死)>(A正常-A1)，表明機組抽水至下庫死水位時，上庫水位將超正常蓄水位567 m，機組發(fā)電可抽水運行時間將小于計算值。即機組不能抽水至下庫死水位，此時1臺機組抽水可運行小時數(shù)h=(A正常-A1)/P。

4 水庫防洪調(diào)度

海蓄電站處于熱帶海洋季風氣候區(qū)北緣，其特征為：夏長無酷暑，冬短無嚴寒；春旱夏雨秋末陰，八九十月有臺風。臺風雨為本流域主要降雨形式，水量產(chǎn)匯條件極好，一次臺風即有可能使電站區(qū)域遭遇洪水，防洪調(diào)度尤為關鍵。

4.1 泄洪設施的運用

4.1.1 上水庫

上水庫泄水設施為豎井式溢洪道，堰頂高程為正常蓄水位567.00 m，水庫水位超過正常蓄水位時，洪水從堰上自由泄流。

4.1.2 下水庫

下水庫泄水設施包括弧形閘門控制溢洪道和錐形閥控制放水底孔。

(1)下水庫水位高于死水位239.00 m且低于堰頂高程245.00 m時，溢洪道不具備下泄洪水條件，只能開啟放水底孔錐形閥泄洪(最大下泄流量51.6 m3/s)；泄流時間綜合考慮庫區(qū)水位、入庫流量、發(fā)電(抽水)工況流量、生態(tài)放水流量、天然蒸發(fā)量等疊加情況。

(2)當下水庫水位高于堰頂高程245.00 m，溢洪道具備泄流能力后可參與泄洪。溢洪道起挑流量為200 m3/s，當泄流量小于200 m3/s時，禁止溢洪道運行；水庫水位249.40 m時，溢洪道閘門全開度泄流能力200 m3/s。因此，庫水位低于249.40 m時，不能運用溢洪道，只能通過放水底孔泄洪；當庫水位高于249.40 m且需開啟溢洪道閘門泄洪時，當前庫水位和需下泄流量根據(jù)溢洪道下泄流量—庫區(qū)水位—閘門開度關系曲線得到閘門開度值，閘門開度及持續(xù)時間綜合考慮庫區(qū)水位、入庫流量、發(fā)電(抽水)工況流量、生態(tài)放水流量、天然蒸發(fā)量等疊加情況?；⌒伍l門開啟過程中，兩扇閘門應對稱開啟(避免泄槽內(nèi)形成折沖水流)，按流量逐級遞增或遞減，嚴禁一次啟閉到位；同時密切關注下游河道的水位、流態(tài)的變化，避免下游河道較大的沖刷與惡劣水流流態(tài)的發(fā)生。

(3)始終控制下泄流量不大于已出現(xiàn)的最大天然入庫流量，不制造人為洪峰。

4.2 泄洪起始庫容

電站汛期與非汛期目標總庫容如表3所示。

表3 正常運行期每年月末庫容控制 萬m3

各月的水庫調(diào)度按照目標總庫容進行控制，考慮到實際運行情況，允許各月控制偏差在±25萬m3：汛期以5月為例，當水庫總庫容達到1 025萬m3時開始泄洪，至975萬m3結(jié)束泄洪；非汛期以12月為例，當水庫總庫容達到1 075萬m3時開始泄洪，至1 025萬m3結(jié)束泄洪。

4.3 下游河道行洪能力

海蓄電站上水庫泄洪洞出口無居民聚居，行洪無風險。下水庫壩址下游沿河道分別有爛田村、保蕊村、大豐農(nóng)村3隊等村落，比較明顯的居民聚居點約有7個，居民聚居點1為爛田村，靠近黎田河，高程較河岸高約1～2 m，最易受淹，風險較大(見圖1)。下水庫壩址下游至黎田河河口13.5 km范圍內(nèi)河道共42個斷面的測量資料顯示：爛田村村前交通橋(圖1上聚居點1的位置)，距離壩址約1.67 km，橋面高程193.4 m，橋厚約0.4 m，是黎田河下游河道行洪能力控制斷面。經(jīng)泄水實驗知，當下水庫實際泄水流量達到24 m3/s，河道水面距離橋底僅7 cm，故將24 m3/s的下泄流量作為日常泄水和需要啟動水庫泄洪應急處置方案的分界點。

圖1 下水庫下游河道居民聚居分布

4.4 防洪調(diào)度原則

(1)考慮下庫錐形閥泄洪流量大于24 m3/s將淹沒爛田村交通橋，無特殊情況(超標洪水或其他危及大壩安全等)，總庫容小于1 250萬m3時，泄洪流量不大于24 m3/s。若需大于24 m3/s，須上報當?shù)厝擂k，并啟動電站相關應急預案。

(2)下庫錐形閥流量大于5 m3/s將淹沒下游南吉新村便橋，選擇泄洪流量時應盡量便于當?shù)卮迕裢ㄐ?雨天全天或晴天的19點至23點無通行需求)。

(3)防洪調(diào)度須滿足當?shù)厝擂k的統(tǒng)一指揮。

5 結(jié) 語

海蓄電站自首臺機組投產(chǎn)以來，水庫日常運作與防洪調(diào)度皆安全順利進行。一方面歸因于防汛機構的建立、防汛責任制的落實和相關制度的完善，一方面科學合理的水庫調(diào)度方案功不可沒，其中電站水情系統(tǒng)的應用更是至關重要的一環(huán)。該系統(tǒng)設立之初的目的是為電站工作者實時報送水雨情信息、實現(xiàn)復雜水情數(shù)據(jù)自動化計算、提供洪水預報和優(yōu)化水務綜合管理。前兩項功能已實現(xiàn)并經(jīng)受住了近一年的水庫調(diào)度檢驗，美中不足的是洪水預報軟件得到的預測值經(jīng)后期人工復核與實際偏差較大，分析原因：一是該軟件模型仍需進一步優(yōu)化；二是模型數(shù)據(jù)庫水雨情數(shù)據(jù)體量不足。現(xiàn)階段電站的洪水預報和水務管理仍需參考歷史水文資料，借助氣象預報和人工實時計算來把控，不僅耗費人力物力，而且精度不高。為提高水庫調(diào)度管理和決策水平，實現(xiàn)水庫安全和效益最大化，加快推進電站水情監(jiān)測系統(tǒng)的建設為下一步水庫調(diào)度的重點工作。