三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位研究Ⅰ——需求分析与优化条件

城陵矶地区是长江中下游洪灾最频发的区域之一,是长江水库群防洪的重点保护对象。金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4座梯级水库与三峡水库组成的巨型水库群防洪能力巨大,显著改变了流域防洪调度格局。在概括分析城陵矶地区防洪需求,回顾三峡水库对城陵矶地区防洪补偿控制水位不同阶段成果的基础上,剖析了优化防洪补偿控制水位的研究要点,研究了金沙江下游梯级防洪库容投入情况,进而明确了提高防洪补偿控制水位的有利条件。研究结果表明:在三峡水库水位达到城陵矶防洪补偿控制水位158.00 m后,金沙江下游梯级水库在预留40.93亿m^(3)防洪库容的基础上,尚有30亿~60亿m^(3)富余防洪库容可配合运用,为进一步提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位创造了良好条件。

金沙江下游-三峡梯级水库2023年联合调度实践

金沙江下游-三峡梯级水库是治理和保护长江的关键性工程。为了进一步提高梯级水库应对持续枯水的能力,保障水资源综合利用效益全面发挥,结合2023年长江上游水雨情特点,全面分析了梯级水库应对持续枯水所实施的联合补水、汛期水位动态控制、联合蓄水等优化调度措施,总结提炼了梯级水库联合调度的成效和经验。实践结果表明:枯水期梯级水库累计向下游补水约243亿m^(3),有效保障了长江中下游供水安全以及航运、生态等综合效益;通过汛期抬水位、蓄水期精细化预报调度,有效提升了水资源利用效率,保障了梯级水库实现蓄满目标。提出的调度措施和经验可为今后流域控制性水库群联合调度方式优化提供重要参考。

新形势下三峡水库汛限水位抬升综合效益研究

全球气候变暖改变了气候效应的热力与动力环境,我国来水年内分布不均程度进一步加大,干旱威胁将持续加剧。在当前防洪与抗旱同等重要的前提下,需要合理利用水库的防洪库容,抬升汛限水位是缓解我国水资源供需矛盾和提升水资源利用效率的关键所在。以三峡水库为研究对象,拟定不同汛限水位方案,结合三峡水库现有调度规程运用方式,利用长系列历史径流资料模拟计算分析三峡水库汛限水位抬升后的效益与风险,结果表明:依靠当前预报水平及上游水库群联合调度,三峡水库汛限水位抬升至155~157 m的防洪风险可控,不会降低荆江防洪标准、增加库区回水淹没风险。三峡汛限水位抬高至153 m后,多年平均发电量达到最大值1029亿kWh,较初步设计值增加16.7%,与多年统计规律一致,丰水年和平水年份三峡水库均在汛限水位增加至153 m后达到最大发电能力,枯水年份汛限水位可更高,发电效益更好;防洪效益与汛限水位呈负相关,不同方案下三峡水库多年平均拦洪量变化在15亿m^(3)以内,变化不大;水资源效益与汛限水位呈正相关,三峡水库起蓄水位随着汛限水位的抬升同步增加,当汛限水位抬升至147 m,三峡水库10月底蓄满率可达到100%,汛限水位每增加1 m,三峡水库蓄水期多年年均出库水量可增加约5亿m^(3)。综合考虑效益与风险,现阶段三峡水库汛限水位抬升至153 m是可行的。

金沙江下游梯级水库提前蓄水策略

随着长江上游水库群汛末集中蓄水问题日益突出,在确保防洪安全的前提下,提前抬升水库运行水位,有序衔接防洪与蓄水调度显得尤为重要。以金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级水库为研究对象,选取发电量和水资源利用率为评价指标,探究汛期7—8月份梯级水库提前蓄水策略。研究结果表明:①平水(50%频率)、枯水(75%频率)和特枯(90%频率)来水条件下,乌东德、白鹤滩梯级水库应尽可能提前抬升运行水位,且优先抬升乌东德库水位。②7月份平水、8月份平水或枯水条件下,应优先将乌东德库水位抬升至960 m以上;7月份枯水、8月份平水或枯水条件下,应优先将乌东德库水位抬升至954 m以上。③不同来水条件下,溪洛渡水库应尽可能抬升库水位,但最高不超过585 m。

三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位研究Ⅱ——风险分析与运用方案

乌东德、白鹤滩水库投运后,长江上游水库群联合防洪调度为进一步提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位创造了有利条件。为提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位,针对金沙江下游梯级防洪库容投入运用条件,基于三峡坝址不同典型年的不同频率设计洪水,开展了荆江防洪和库区回水风险分析,提出了金沙江下游梯级配合三峡水库的等比例分级拦蓄方式,在确保荆江及库区防洪安全的前提下,提出了三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位优化运用方案,给出了金下梯级预留防洪库容与三峡水库对荆江防洪库容的等效关系。研究结果表明:提出的等比例分级拦蓄方式综合了拦量和削峰两种模式,有效利用了金下梯级防洪库容,调度效果最好;提出的水位优化运用方案具备较好的防洪减灾效果,丰富完善了长江上游水库群联合防洪调度方案,可进一步减少中下游超额洪量。研究成果可为长江水库群实际洪水调度提供技术支撑和决策参考。

串联水库群弱耦合条件下实时防洪调度方法研究

水库群防洪联合调度是提高流域防洪安全的重要技术措施,但串联水库群常由于洪水传播时间导致上下级水库在调度期内水量不平衡问题,研究串联水库群水流时滞并提出有效的应对方法,对防洪调度具有重要的现实意义。针对梯级水库群水流滞时的影响,提出了“弱耦合”条件下基于信息价值最大化的梯级水库群实时防洪联合调度方法,建立了超额水量由下而上的逐级消纳机制,在此基础上,采用基于防洪控制断面最大洪峰流量最小化的最大削峰准则,构建了反向补偿调度模型,发挥梯级水库群水文与水力补偿作用。以江西省北潦北河流域三库串联水库群为例开展实例研究,多情景模拟调度结果表明:结合该地区的水利工程以及洪水特点,在中小洪水时可适当发挥各水库的调蓄作用,掌握防洪主动性;在大洪水时,应预先泄流、降低库水位,保证水库群拥有足够的防洪库容,充分发挥流域水库群的防洪效益,最大程度减轻下游防洪压力。场次洪水经上述调度后,罗湾水库平均水库削峰率为20.63%,滞洪量49.6万m3;洪屏水库平均水库削峰率为30.09%,滞洪量1395万m3;小湾水库平均水库削峰率为33.02%,滞洪量597万m3。防洪断面流量峰值比天然来水的流量峰值平均减少了48.83%,并且相较于该区域的原有调度规则,水库群联合调度的削峰作用更显著。

黄河小浪底水库防洪减淤作用与效益跟踪分析

小浪底水库投入运行以来发挥了巨大的防洪、减淤、兴利等作用。系统分析小浪底水库防洪运用情况和作用,基于水库和下游河道泥沙冲淤分析提出水库减淤作用,计算水库防洪减淤效益。结果表明:小浪底水库与中游水库群联合运用,共拦洪削峰15场次,花园口站平均削峰率36%,最大削峰流量7 560 m^(3)/s,有效避免了下游滩区淹没损失;黄河来沙量减少,水库淤积速度小于设计阶段的,水库对下游河道的拦沙减淤比(1.26)小于设计拦沙期的(1.57),减淤效果较优,尤其在艾山以下河段发挥了较好的减淤效果;按照2020年价格水平,水库实际防洪、防凌、减淤效益年值比设计值多59.27亿元,累计效益现值较工程全部投资(含发电分摊投资)多218.73亿元,表明了黄河水沙调节骨干工程建设的经济合理性,为推动古贤等重大水利工程建设提供了成功范例。

丹江口水库汛期优化调度实践及风险效益分析

2021年,丹江口水库在保证中下游防洪安全的前提下,通过优化调度超额完成供水计划,并且首次蓄至170 m。从南水北调中线工程通水以来丹江口水库调度实践中反映出的问题出发,结合年内不同阶段的水库优化调度方案,对2021年丹江口水库汛期调度实践的经验进行分析总结。针对优化调度带来的风险,提出了将汉口站水位作为启动预泄的参考条件、密切关注水雨情预报、利用上游水库对丹江口入库洪水进行错峰调度等应对措施;同时提出了进一步提高流域水雨情预报的预报精度并延长预见期、适当加大汛前消落深度、细化考虑蓄水秋汛期防汛限制水位台阶等研究建议。研究成果可为完善汉江流域防洪调度工作提供支撑。

溪源水库汛限水位调整与防洪调度影响分析

溪源水库下游河道行洪能力的改变,使原有汛限水位难以保证防洪供水等效益的发挥。依据溪源水库实际情况,借助风险理论对水库的防洪供水风险因子进行识别,并从防洪度汛、经济效益等方面论证水位调整的可行性。结果表明,当水库的主次汛期汛限水位增至88.0m时,其最高水位和泄流量均低于设计标准,且其防洪风险率低于0.03%,工业供水效益和生活供水效益增量明显。今后应更加注重水库水资源调度的科学性和合理性,加快溪源泄洪洞建设。

面向历史洪水的三峡水库削峰能力量化分析

为了量化分析三峡水库防洪库容的削峰能力,采用一种优化-拟合框架,对三峡水库历史入库洪水进行分析计算。通过设置三峡水库调度期内不同的最高水位方案,采用动态规划算法,对不同类型的入库洪水进行优化求解,得出三峡水库不同防洪库容方案下的洪峰削减流量,再用回归分析,量化三峡水库防洪库容的削峰能力。结果表明:对于多年场次洪水,三峡水库动用的防洪库容与其削减洪峰流量的相关关系可划分为3种类型:“先增后平”型、“分段递增”型和“线性递增”型。前2种类型存在拐点,建议动用在阈值以下的防洪库容,以充分发挥其高效削峰能力;最后1种类型可以结合洪峰削减目标,合理规划防洪库容进行调度。分析结果可为三峡水库科学合理有效分配防洪库容提供参考。

富水水库汛限水位研究

合理的汛限水位能协调防洪与兴利之间的矛盾,产生防洪和兴利的双重收益。富水水库汛限水位及调度规程自1996年一直沿用至今,因此有必要对富水水库汛限水位进行研究。根据新形势下流域防洪需求拟定富水水库不同的汛限水位调整方案,基于近30年6-7月的富水水库入库径流序列和8个典型洪水年的下游洪水过程,建立模型对富水水库调蓄和下游洪水演进进行模拟计算,统计并比较各调度方案的防洪效益与蓄水效益。最终,通过结果对比分析,得出本文所采取的汛限水位研究方法对于下游有重要防洪任务的水库的汛限水位研究较为适用。

基于洪水预报的梁辉水库洪水期优化调度方案研究

中型水库防洪库容小,面对复杂多变的洪水形势时,在防洪与兴利的抉择中,难以完全发挥水库的防洪效益。作为宁波市姚江流域重要中型水库的梁辉水库也存在此问题,基于此,通过构建洪水预报模型,并应用3 d洪水预报成果,综合考虑预报降雨偏差系数,研究制定了水库洪水期优化调度方案,在洪水来临前腾空库容,大幅提高了水库的削峰率和洪水最大拦蓄率。在2022年“梅花”台风中,该方案发挥了很好的防洪效益。

大型水库防洪补偿效益计算

水库防洪补偿效益是以明确水库与相关对象权利与义务关系为目的的,科学合理计算防洪补偿效益是基础。本文通过分析黄河上游大型水库龙羊峡的防洪补偿效益,计算了龙羊峡节省工程投资、提高刘家峡水库的防洪标准和提高兰州市百年一遇洪水保证率三种防洪补偿效益,依次为0.54亿元/年、0.36亿元/年和0.29亿元/年,从而得到龙羊峡的防洪补偿效益为1.19亿元/年。

刘家峡水库汛期动态防洪限制水位论证研究

效益的增加不能以风险的提高为代价,科学合理地制定并从风险与效益两个方面论证刘家峡水库的动态防洪限制水位是非常必要的。据国家防总发布的《水库汛限水位动态控制试点工作意见》,基于现有黄河上游电站的工程条件和技术资料,在龙羊峡~刘家峡两库联合调度的基础上,采用库容补偿方法,探讨一种以旬为单位的动态汛限水位控制方法,建立动态汛限水位过程线,并进行其风险与效益分析论证。实例研究表明：该动态汛限水位过程线可操作性强,使用方便,在满足设计防洪标准要求的前提下,前汛期不必过早地降低水库水位,后汛期又可较快地抬升水库水位,不仅能够提高水头效益,而且更容易抓住时机尽早蓄水,提高水库蓄满率,增加发电效益。

水电站水库群防洪补偿联合调度模型研究及应用

针对具有下游防洪任务的水电站水库群,提出基于预报及库容补偿的水库群防洪补偿联合调度逐次渐进协调模型,推求水库汛期防洪库容动态控制方案。该模型运用了大系统分解协调理论及贝尔曼的逐步逼近思想,以各水库为独立的子系统建立3层递阶结构,针对库间水力、电力联系及防洪库容限制等复杂的约束条件进行不同层次的协调。模型经过多次迭代计算,得到最佳的水库群防洪库容协调方案。该模型应用于清江流域梯级水库,计算结果表明,在不降低水库及梯级原有的防洪标准前提下,能有效利用上游水布垭水库的防洪库容,分担隔河岩水库部分防洪任务,并显著提高梯级水库发电量。

水库群洪水补偿调度的通用模型研究

根据水库泄洪设施的特点和流域型水库群的系统结构 ,提出了一种通用型水库群洪水补偿调度模型 .该模型基于洪水补偿调度的思想 ,以保证防护控制点安全行洪、减小分洪损失为目标 ,通过调整水库群拦蓄与预泄水量的策略 ,实现了模型的近似求解算法 .实际生产应用表明 。

水库调整汛限水位的风险效益综合分析

本文在分析水库调整汛限水位所涉及影响因素的基础上,构建了调整汛限水位的综合评价指标体系,给出了各风险指标及效益指标的估算方法。并以东武仕水库为例,计算了水库调整汛限水位所带来的风险和效益,通过考虑各指标定量单位的不统一性,提出采用模糊综合评价法来合理选择水库的汛限水位。综合考虑东武仕水库提高汛限水位的防洪风险、下游地区洪灾淹没的期望损失和风险损失、及供水发电效益等各项指标,表明该水库汛限水位从现行102m调整到104m的方案是比较合理和切实可行的。

基于预报及库容补偿的水库汛限水位动态控制研究

结合清江流域梯级水电站工程特性及防洪任务,以不降低梯级防洪标准为原则,建立基于预报及上游水布垭水库库容补偿的汛限水位动态控制模型,推求隔河岩水库汛期汛限水位动态控制方案。计算表明,该模型在不降低水库及梯级原有的防洪标准前提下,能有效利用上游水布垭水库的防洪库容,分担隔河岩水库部分防洪任务,并显著提高其发电量。其中,多年平均弃水量减少4．1444亿m^3,发电量增加1．2172亿kW·h。

三峡水库汛限水位优化调度初步研究

汛限水位优化调度是提高三峡水库综合效益的重要途径。本文分析了汛限水位优化的必要性,在充分考虑了防洪的基础上提出了优化的方案,并比较了各方案的防洪和发电效益,最后简要分析了上游建库对优化的影响。通过优化调度后可以在保证防洪的基础上大大提高三峡水库的发电效益,而上游建库则对优化的防洪和发电更为有利,并有通过水库联合调度进一步提高发电效益的可能。

三峡水库运行后长江中游洪、枯水位变化特征

流域大型水库蓄水后,坝下游河道调整过程中的洪、枯水位变化,对下游水安全、水生态和水资源利用影响甚大.利用1955-2012年长江中游各水文站水位、流量等资料,采用改进的时间序列分析方法,对三峡水库运行前后长江中游洪、枯水位变化特征进行了研究,结果表明:三峡水库蓄水前长江中游洪、枯水位变化的周期长度分别为9~14、11~15 a,在假设三峡水库运行后水位无趋势性变化的前提下,估算得到的水位变化周期长度基本在20 a以上,蓄水前的自然周期性已被打破,枯水位发生趋势性下降且无复归迹象,而洪水位波动周期虽有所延长,但上升幅度未超过历史波动变幅,仅可确定洪水位没有明显的下降趋势.三峡水库蓄水后坝下游长距离冲刷,枯水河槽冲刷量占平滩河槽的比例逐年增加,累计至2013年已达91.5%,是枯水位下降的主控因素.河槽冲刷导致的床沙粗化增加了河道床面阻力,高程在平滩水位附近的滩体上覆盖的大量植被增加了水流流动阻力,同时大量航道整治、护岸、码头等工程主体部分布设在枯水位以上,综合因素作用使得洪水河槽阻力增加.三峡水库蓄水后,虽然枯水期流量补偿作用显著削弱了枯水位下降的效应,但枯水位下降事实已经形成,不利于航道水深的提高及通江湖泊枯水期的水量存蓄,洪水位未明显下降,同级流量下的江湖槽蓄量不会明显调整.