彭 睿，藍(lán)慧娟，黃小丹，滕 飛

(1.四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，成都，610091；2.中國長江三峽集團公司，四川 宜賓，644600)

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紫坪鋪水庫控制流域汛期來水預(yù)測及敏感性分析

彭 睿1，藍(lán)慧娟1，黃小丹1，滕 飛2

(1.四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，成都，610091；2.中國長江三峽集團公司，四川 宜賓，644600)

紫坪鋪水利樞紐工程是一座以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程，自“5.12”汶川大地震后，水庫對于下游成都平原的意義越發(fā)重要。本文對控制流域汛期的來水預(yù)測，以及針對預(yù)測實施的調(diào)度運行方式展開的敏感性分析進行了詳細(xì)闡述，以便逐漸摸索出一套對于紫坪埔水庫較為優(yōu)化的汛期調(diào)度模式。

紫坪鋪水庫 控制流域 來水預(yù)測 敏感性分析

李 翊(1974-)，男，工學(xué)博士，四川省都江堰管理局科技處處長、信息中心主任。

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圖1 紫坪鋪水庫控制流域水系

紫坪鋪水庫控制流域內(nèi)土壤和植被垂直分帶明顯。鎮(zhèn)江關(guān)以上沿河谷地帶多為山地棕壤或灰棕壤；鎮(zhèn)江關(guān)以下依次為山地灰化土、山地草甸土、高山寒漠土；鎮(zhèn)江關(guān)至桃關(guān)溝的河谷地帶為干旱河谷灌叢，河谷地帶以上為亞高山灌木叢；中灘鋪至都江堰市的河谷及兩側(cè)山麓為亞熱帶常綠闊葉林。各支流上游為亞高山常綠針葉林，森林主要分布在黑水河和雜谷腦河上游。

2 降雨與來水分析

2.1 降雨分析

表1 紫坪鋪水情系統(tǒng)11～4月面雨量統(tǒng)計 單位：mm，%

表2 控制流域各縣11～4月降雨統(tǒng)計 單位：mm，%

2013～2014年11～4月，岷江流域天氣以多云間晴為主，降水相對較少，紫坪鋪水庫控制流域總面雨量為121mm，較2012～2013年同期略偏多3.3%，但較常年偏少，3月以后降水形勢有所好轉(zhuǎn)?？刂屏饔騼?nèi)各縣除松潘降水較多年偏多近兩成外，其余各縣偏少1～3成。

紫坪鋪水庫11～4月控制流域總面雨量統(tǒng)計見表1，控制流域各縣降雨量統(tǒng)計見表2。

2.2 來水分析

受上游毛爾蓋電站和獅子坪電站枯期發(fā)電對天然徑流的補給，2013～2014年12～3月紫坪鋪水庫來水較常年偏多3～6成，3月下旬～4月下旬受茂潭線檢修，毛爾蓋和獅子坪電站出力減少影響，來水略低于多年水平。2013～2014年11～4月徑流總量31.93億m3，平均入庫流量為204m3/s，比2012～2013年同期231m3/s偏少11.7%，比多年同期179m3/s偏多14.6%。

紫坪鋪水庫11～4月天然入庫流量統(tǒng)計見表3。

表3 紫坪鋪水庫11～4月天然入庫流量統(tǒng)計 單位：mm，%

3 水庫調(diào)度運行

11～12月，根據(jù)紫坪鋪水庫調(diào)度計劃，庫水位維持在正常蓄水位877m附近運行，1月以后，根據(jù)下游用水和電網(wǎng)負(fù)荷需求進行調(diào)度，水庫水位逐步消落，至4月24日，最低消落至819.55m。4月24日至30日進行500kV紫景線檢修，期間采用1臺機組帶廠用電和沖砂放空洞0.5開度不低于150m3/s向下游供水，至4月末水庫水位回蓄至832m。

4 汛期流域天氣及降水預(yù)測

根據(jù)四川省專業(yè)氣象臺天氣預(yù)報，預(yù)計5～9月期間，壩區(qū)降水量以偏多為主，較常年均值偏多1成，大雨和暴雨開始期均偏早，結(jié)束期正常，大雨開始于5月中下旬，暴雨開始于6月上中旬，暴雨結(jié)束于8月下旬到9月上旬，大雨結(jié)束于9月中旬，汛期局地暴雨洪澇偏多偏重，容易誘發(fā)山洪泥石流等災(zāi)害，9月上中旬有秋綿雨。汛期氣溫較常年均值偏高0.5℃～1.0℃。

岷江來水區(qū)降水量略偏多，雨季開始期較常年偏早約5天，雨季結(jié)束期在10月中旬末，氣溫較常年均值偏高。

5 流域水情預(yù)測與調(diào)度運行分析

5.1 徑流預(yù)測

5.1.1 選用1982～2013年共30年的徑流序列資料，采用典型年法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、最近鄰抽樣模型和門限回歸模型進行預(yù)測，并根據(jù)四川省專業(yè)氣象臺天氣預(yù)報成果進行修正。

5.1.2 從前期1～4月的來水量來看，比多年偏多22.1%，對地下水進行了良好的補給，土壤墑情較好，有助于后期降雨過程的產(chǎn)流。根據(jù)氣象臺提供的汛期降水較多年偏多的預(yù)測，再根據(jù)水庫壩址處前期來水情況，預(yù)測汛期入庫流量較多年略微偏多，再考慮到上游兩電站在8～9月蓄水會對來水產(chǎn)生一定影響，對月和旬?dāng)?shù)據(jù)進行了微調(diào)，最終預(yù)測汛期5～9月平均來水694m3/s，處于中水年水平。5～9月的總來水量為91.78億m3，來水頻率為40%左右，比2013年89.71億m3略偏多2.3%，與多年平均90.14億m3基本持平。

5.2 汛期調(diào)度形勢分析及對策

5.2.1 2014年省調(diào)直調(diào)電廠裝機4721.3萬kW，同比增長10.28%。其中，水電裝機3366萬kW，占總?cè)萘康?1.29%，同比增長15.62%；新增裝機454.77萬kW，同比增長241.34%。因此，在汛期全省各大河流來水均較好的豐水期內(nèi)，競爭將越來越激烈。

5.2.2 上游毛兒蓋、獅子坪等有一定調(diào)節(jié)能力水庫水電站投運后，降雨后通過其對洪水的調(diào)蓄，致使紫坪鋪入庫洪水過程拉平拉長，對紫坪鋪水庫防洪調(diào)度是有利的，相當(dāng)于增加了紫坪鋪水庫的防洪庫容。所以，應(yīng)該合理利用增加的防洪庫容，在電網(wǎng)用電負(fù)荷需求量增大時，公司可加大發(fā)電量，及時消落水庫水位，避免與上游電站發(fā)生蓄發(fā)重疊的沖突。

5.2.3 針對主汛期極易發(fā)生的洪澇和伏旱，可以充分利用中期或短期天氣預(yù)報，提前消落水位或及時攔蓄洪尾，汛限水位在845m～855m之間進行動態(tài)控制。

5.2.4 在主汛末可根據(jù)精度相對較高的天氣旬報或周報，若預(yù)報后汛期降水偏少，建議可在8月末攔蓄尾洪，適當(dāng)提前回蓄，以避免后汛期出現(xiàn)蓄水困難的情況。

5.3 運行建議計劃

根據(jù)預(yù)測的來水，按照6～8月維持在850m水位附近運行，9月開始逐步回蓄，對發(fā)電量進行推算，在考慮所發(fā)電量能被電網(wǎng)全部消納的情況下，預(yù)計5～9月總發(fā)電量為20.75億kW.h。根據(jù)近年來汛期實際情況，在來水較好的6月中旬～7月中旬，受省內(nèi)各大河流來水均較好，電網(wǎng)消納電量有限影響，調(diào)峰棄水損失電量增加的情況下，按80%的負(fù)荷率考慮，汛期總發(fā)電量為19.3億kW.h。

由于目前中長期天氣預(yù)報的精度有限，加之近年來汛期極端天氣頻發(fā)，紫坪鋪控制流域“5.12”地震和上游水庫電站的運行影響，產(chǎn)、匯流條件發(fā)生一定改變，來水不確定因素加大，給水情預(yù)報工作帶來較大難度，可能會有一定偏差。以上數(shù)據(jù)僅作為下一步水庫調(diào)度工作的參考，實際調(diào)度中，還需根據(jù)短期天氣預(yù)報和實時水情進行滾動預(yù)報，并及時對調(diào)度方案進行調(diào)整。

6 敏感性分析

針對汛期水庫調(diào)度運行所做的敏感性分析，主要是為了確定運行中的敏感因素，尋找出影響最大、最敏感的主要變量因素，進一步分析、預(yù)測或估算其影響程度，找出產(chǎn)生不確定性的根源，采取相應(yīng)有效措施。計算主要變量因素的變化引起發(fā)電量指標(biāo)變動的范圍，使決策者全面了解各種方案可能出現(xiàn)的電量變化情況，以減少和避免不利因素的影響，改善和提高樞紐發(fā)電效益。通過各種方案敏感度大小的對比和分析，選擇敏感度小的方案。通過在可能出現(xiàn)的最有利與最不利的來水情況下進行分析，為決策者預(yù)測可能出現(xiàn)的風(fēng)險程度，為最后確定可行的調(diào)度方案提供可靠的決策依據(jù)。

6.1 指標(biāo)及邊界條件

汛期紫坪鋪水庫調(diào)度敏感性分析指標(biāo)及邊界條件見表4。

表4 汛期水庫調(diào)度敏感性分析指標(biāo)及邊界條件

6.2 方案目標(biāo)值

本方案見在正常狀態(tài)下，逐旬、月計劃發(fā)電量能全部被電網(wǎng)消納的前提下，以計算出的汛期總發(fā)電量作為目標(biāo)值。

6.3 不確定因素

本方案根據(jù)調(diào)度實際情況，選取幾個變化可能性較大并對上網(wǎng)電量目標(biāo)值影響作用較大的因素(可能頻率的最大最小來水預(yù)測、下游最小需水流量、9月提前回蓄和10月回蓄)，作為不確定因素。 6.4 分析結(jié)果

本方案采用單因素敏感性分析，在固定其它因素的條件下，變動其中一個不確定因素，保持其它因素暫不變，以此求出某個不確定因素對上網(wǎng)電量的影響程度，同時給出相關(guān)目標(biāo)的同比情況。分別選取來水頻率25%附近的典型年1993年(23%、755m3/s)和來水頻率75%附近的典型年2009年(77%、614m3/s)，作為敏感性分析上下限進行計算，分析結(jié)果見表5。

表5 汛期水庫調(diào)度敏感性分析結(jié)果

6.5 小結(jié)

由表5的敏感性分析結(jié)果可看出，當(dāng)來水頻率為23%時，四個方案在汛期的棄水量沒有變化，均在5.26億m3左右；當(dāng)來水頻率為77%時，四個方案在汛期內(nèi)可以不棄水，理論棄水量范圍為0～5.26億m3。

在9月回蓄的兩種方案中，理論耗水率的范圍為(4.08～4.11)m3/kW.h，在而10月開始回蓄的兩種方案中，理論耗水率均為4.19m3/kW.h。

從水位到達(dá)正常蓄水位的時間來看，四種方案的時間范圍是在9月下旬～10月下旬之間。

在9月回蓄的兩種方案中，理論發(fā)電量的范圍在(18.52～22.10)億kW.h；而在10月回蓄的兩種方案中，理論發(fā)電量的范圍則是(19.22～22.54)億kW.h。從四種方案來看，是否保證供水對于理論發(fā)電量的影響較弱。

在四種方案對應(yīng)的各來水頻率下，其理論發(fā)電量均超過投運以來汛期平均發(fā)電量17.49億kW.h。最差來水方案對應(yīng)的最少發(fā)電量為18.52億kW.h，其汛期利用小時數(shù)為2437h，占比66.4%，超過了水庫投運以來汛期的平均利用小時數(shù)2301h。

7 結(jié)語

從敏感性分析的結(jié)果看出，在理論條件下，2014年汛期發(fā)電形勢良好。值得注意的是，汛期理論發(fā)電量多的方案未必一定是最佳方案，應(yīng)結(jié)合其到達(dá)正常蓄水位的時間，推算出汛后枯水期三個月的發(fā)電量和電價差等情況來綜合考慮，最終保證全年的發(fā)電效益最佳。敏感性分析雖然很有必要，但其由于存在變量參數(shù)的多樣性和復(fù)雜性，而分析方法僅基于公式計算，而忽略了實際的客觀條件和突發(fā)狀況，所以此敏感性分析僅做為決策者的一項理論參考。

〔1〕李益民，段佳美.水庫調(diào)度[M].北京：中國電力出版社，2003.

作者簡介：

彭 睿(1980-)，男，成都人，助理工程師，碩士，主要從事水庫調(diào)度工作；

藍(lán)慧娟(1977-)，女，成都人，工程師，學(xué)士，主要從事水庫調(diào)度及運行效益分析工作；

黃小丹(1982-)，女，成都人，工程師，碩士，主要從事水庫調(diào)度及水文水資源研究工作；

滕 飛(1982-)，男，天津人，工程師，碩士，主要從事水工建筑物施工、檢修、維護以及外包工程項目管理工作。

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防汛減災(zāi)

P333.1+P338.1

B

2095-1809(2015)01-0037-04

1 控制流域概況

紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省成都市西北60km左右的岷江上游,工程壩址以上控制流域面積22662km2，占岷江上游面積23037km2的98%；控制上游暴雨區(qū)的90%，能有效地調(diào)節(jié)上游水量、控制洪水和泥沙。

紫坪鋪水庫控制流域內(nèi)地勢西北和北部高、東南低，具有高原、山地地貌和山區(qū)河流的特點。河流全部流經(jīng)高原和山區(qū)，茂縣以下屬松潘高原，地勢高亢，海拔多在3000mm～4000m；松潘西陵關(guān)以下進入峽谷，但茂縣至汶川段稍為開闊；以下河道穿越于海拔2000m～3000m的崇山峻嶺之中，河谷深切，水面寬50m～100m，山高坡陡，灘多流急，總落差595m，比降6.6%，水能資源十分豐富?？刂屏饔騼?nèi)主要河流有岷江，其支流有雜谷腦河、黑水河、漁子溪、小姓溝、壽溪、白沙河等十余條，多集中在岷江右岸，致使左右岸面積極不對稱，左岸基本無產(chǎn)、匯流面積(見圖1)。