万家寨水库汛期调度的思考
2006-08-08 16:59:04 来源：黄河万家寨水利枢纽有限公司
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电力18讯： 作者：徐 伟
摘要：针对万家寨电站运行实际，就水库防汛、科学调度、提高水能利用率、充分发挥社会效益和经济效益等措施进行探讨分析，以合理有效利用有限的黄河水能资源。
关键词：汛限 凌汛 调度 枢纽 万家寨
1 电站概述
黄河万家寨水利枢纽位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内,是黄河中游梯级开发的第一级,其左岸为山西省偏关县,右岸为内蒙古自治区准格尔旗。枢纽主要任务是供水、发电、防洪、防凌等,库容8.96×108 m3,向晋蒙两地供水14×108 m3/年。电站装机1080MW,安装6台立轴混流式水轮发电机组,属华北电网大型骨干水电调峰电源。1998年11月首台机组并网发电,2000年底6台机组全部投产。
万家寨水利枢纽坝址设计多年径流量200.6亿m3，用于发电和冲沙水量192亿m3，设计多年平均入库沙量1.49亿t。万家寨水库自1998年10月下闸蓄水以来，入库水量一直偏枯，1999～2003年来水量平均为125.6亿m3，仅达到设计多年平均来水量的65%；年均来沙量为0.3亿t，为设计多年平均来沙量的30%，水库淤积1.4亿m3。
2 汛期调度存在问题
万家寨水利枢纽由于其地理位置和气候特点决定了每年有两个汛期，即洪汛和凌汛。洪汛期：7月15日～10月15日；凌汛期：11月11日～翌年4月20日。不同的汛期决定了万家寨水库不同的调度方式。
2.1 洪汛期调度存在问题
汛期时段较长，与控制流域内实际降水的主要时段有明显差异，致使8月16日以后汛期的防洪库容潜力未得到充分发挥。
设计中汛期7月15日～10月15日库水位不要超过汛限水位966m，电站设计采用的水沙系列为1919～1979年的60年系列，而近年来上游青海、甘肃、宁夏、内蒙等沿黄四省区两岸生产和生活的用水量在加大，近年来来水偏少，原设计系列代表性已不够，设计值偏大。
7月15日到10月15日，主汛期时间较长，共90天，与控制流域内实际降水的主要时段有明显的差异。在2002年大坝安全鉴定时，通过对设计洪水的复核计算，确认原设计洪水可能偏大5%以上。按峰量同频率计算，一日洪量应偏大0.38亿m3，相当于将汛限水位从966m抬高到968m的库容差。设计值偏大，使得水库功能一直没有充分发挥。
2.2 凌汛期调度存在问题
2.2.1 水库运用以来库区63～68公里河段达到或超过原设计移民搬迁线
万家寨水利枢纽自下闸蓄水以来，已经历了六个凌汛期，这六个凌汛期，水库运行水位尚未达到设计运行水位，见表2.2-1。
表2.2-1 凌汛期水库运行水位表
从水库运行六年的情况看，库区冰塞、冰坝壅水影响范围均在拐上以下，与设计结论基本一致；封河期实测入库冰量的平均值与设计采用的4020万m3相近。
从表2.2-2在距坝63km处的交通水泥厂附近，最高壅水高程超出该断面移民搬迁高程982.18m达3次。而当时的水库运行水位为960～968m，低于设计运行水位970m～975m。
2.2.2 原有的设计移民高程使得水库在凌汛期不得不低水位运行
据观测分析，封河期入库总冰量应按5300万m3计，单公里河道堆冰量可取150万m3，要使堆冰上游端不超过66km，则堆冰起始点应位于距坝31km处，相应水库水位应为956m。开河期总冰量应按6700万m3计，单公里河道堆冰量可取220万m3，要使堆冰上游端不超过66km，则堆冰起始点应位于距坝36km处，相应库水位应为962m。也就是说，封河期库水位需降至956m左右，开河期库水位需降至962m左右，才能保证堆冰不超过坝上66km。
3 汛期调度可行性与必要性
根据水库运用和电站运行实际，为充分利用万家寨水库有限水能资源，为两网提供优质电能和可靠事故备用容量，发挥其效益，就需要充分利用洪汛期流域内降雨时空分布特点和解决枢纽防凌中存在的移民搬迁线偏低的问题。
3.1 洪汛期实行分期汛限水位的可行性
根据万家寨库区洪水的特点，在保证防汛安全的前提下，分时段采用不同的汛期限制水位，尽量抬高伏汛后期水库运行水位，降低机组发电耗水率，提高发电经济效益。
①水文气象上分析分时段是可行的
根据流域内暴雨特征分析，所有的大暴雨和特大暴雨是发生7月15日～8月11日为主要集中期，这期间的合计平均降水量占6-10月份降水量的33%，暴雨过程占全部过程的69.8%，这一时间段可以定义为黄河托万区间控制流域内降水的主汛期。8月11日～8月17日一周大气环流开始向秋季型转折，副高脊线向25°N或以南撤，黄河托万区间控制流域降水从主汛期向后汛期转换，这一时间段可以定义为过渡期。从8月18日到9月底，副高脊线快速撤向25°N或以南地区，流域降水量明显快速减少，虽然这一时间段内也有少量的暴雨出现，但明显弱于7月15日～8月10日之间，这一时间段可以定义
摘要：针对万家寨电站运行实际，就水库防汛、科学调度、提高水能利用率、充分发挥社会效益和经济效益等措施进行探讨分析，以合理有效利用有限的黄河水能资源。
关键词：汛限 凌汛 调度 枢纽 万家寨
1 电站概述
黄河万家寨水利枢纽位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内,是黄河中游梯级开发的第一级,其左岸为山西省偏关县,右岸为内蒙古自治区准格尔旗。枢纽主要任务是供水、发电、防洪、防凌等,库容8.96×108 m3,向晋蒙两地供水14×108 m3/年。电站装机1080MW,安装6台立轴混流式水轮发电机组,属华北电网大型骨干水电调峰电源。1998年11月首台机组并网发电,2000年底6台机组全部投产。
万家寨水利枢纽坝址设计多年径流量200.6亿m3，用于发电和冲沙水量192亿m3，设计多年平均入库沙量1.49亿t。万家寨水库自1998年10月下闸蓄水以来，入库水量一直偏枯，1999～2003年来水量平均为125.6亿m3，仅达到设计多年平均来水量的65%；年均来沙量为0.3亿t，为设计多年平均来沙量的30%，水库淤积1.4亿m3。
2 汛期调度存在问题
万家寨水利枢纽由于其地理位置和气候特点决定了每年有两个汛期，即洪汛和凌汛。洪汛期：7月15日～10月15日；凌汛期：11月11日～翌年4月20日。不同的汛期决定了万家寨水库不同的调度方式。
2.1 洪汛期调度存在问题
汛期时段较长，与控制流域内实际降水的主要时段有明显差异，致使8月16日以后汛期的防洪库容潜力未得到充分发挥。
设计中汛期7月15日～10月15日库水位不要超过汛限水位966m，电站设计采用的水沙系列为1919～1979年的60年系列，而近年来上游青海、甘肃、宁夏、内蒙等沿黄四省区两岸生产和生活的用水量在加大，近年来来水偏少，原设计系列代表性已不够，设计值偏大。
7月15日到10月15日，主汛期时间较长，共90天，与控制流域内实际降水的主要时段有明显的差异。在2002年大坝安全鉴定时，通过对设计洪水的复核计算，确认原设计洪水可能偏大5%以上。按峰量同频率计算，一日洪量应偏大0.38亿m3，相当于将汛限水位从966m抬高到968m的库容差。设计值偏大，使得水库功能一直没有充分发挥。
2.2 凌汛期调度存在问题
2.2.1 水库运用以来库区63～68公里河段达到或超过原设计移民搬迁线
万家寨水利枢纽自下闸蓄水以来，已经历了六个凌汛期，这六个凌汛期，水库运行水位尚未达到设计运行水位，见表2.2-1。
表2.2-1 凌汛期水库运行水位表
从水库运行六年的情况看，库区冰塞、冰坝壅水影响范围均在拐上以下，与设计结论基本一致；封河期实测入库冰量的平均值与设计采用的4020万m3相近。
从表2.2-2在距坝63km处的交通水泥厂附近，最高壅水高程超出该断面移民搬迁高程982.18m达3次。而当时的水库运行水位为960～968m，低于设计运行水位970m～975m。
2.2.2 原有的设计移民高程使得水库在凌汛期不得不低水位运行
据观测分析，封河期入库总冰量应按5300万m3计，单公里河道堆冰量可取150万m3，要使堆冰上游端不超过66km，则堆冰起始点应位于距坝31km处，相应水库水位应为956m。开河期总冰量应按6700万m3计，单公里河道堆冰量可取220万m3，要使堆冰上游端不超过66km，则堆冰起始点应位于距坝36km处，相应库水位应为962m。也就是说，封河期库水位需降至956m左右，开河期库水位需降至962m左右，才能保证堆冰不超过坝上66km。
3 汛期调度可行性与必要性
根据水库运用和电站运行实际，为充分利用万家寨水库有限水能资源，为两网提供优质电能和可靠事故备用容量，发挥其效益，就需要充分利用洪汛期流域内降雨时空分布特点和解决枢纽防凌中存在的移民搬迁线偏低的问题。
3.1 洪汛期实行分期汛限水位的可行性
根据万家寨库区洪水的特点，在保证防汛安全的前提下，分时段采用不同的汛期限制水位，尽量抬高伏汛后期水库运行水位，降低机组发电耗水率，提高发电经济效益。
①水文气象上分析分时段是可行的
根据流域内暴雨特征分析，所有的大暴雨和特大暴雨是发生7月15日～8月11日为主要集中期，这期间的合计平均降水量占6-10月份降水量的33%，暴雨过程占全部过程的69.8%，这一时间段可以定义为黄河托万区间控制流域内降水的主汛期。8月11日～8月17日一周大气环流开始向秋季型转折，副高脊线向25°N或以南撤，黄河托万区间控制流域降水从主汛期向后汛期转换，这一时间段可以定义为过渡期。从8月18日到9月底，副高脊线快速撤向25°N或以南地区，流域降水量明显快速减少，虽然这一时间段内也有少量的暴雨出现，但明显弱于7月15日～8月10日之间，这一时间段可以定义
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