泰安抽水蓄能电站下水库大河水库水文预报调度工作研究

第１８卷第９期　２０１２年９月　水ｉｆ，１科技与经济　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｖｏ１．１８　Ｎｏ．９　Ｓｅｐ．，２０１２　泰安抽水蓄能电站下水库大河水库　水文预报调度工作ｒ，ｄｔ－究　张静，朱秀丽，庞继高　２７１０００）　（泰安市大河水库管理处，山东泰安［摘要］根据大河水库所处的地理位置和气候条件，分析了大河水库作为泰安抽水蓄能电站　下水库，各项水文预报成果在水库防洪调度中的作用，并就如何加强预报，灵活调度，充分发挥　水库效益进行了探讨。　［关键词］水文预报；水库调度；水库效益；大河水库　［中图分类号］　Ｔｗ４　［文献标识码］　Ｂ　［文章编号］　１００６—７１７５（２０１２）０９—００６４—０３　游，戴村坝以下为下游，称大清河。全长２０８　ｋｍ，在东平县　１　概述　马口注入东平湖。北支牟汶河支流有瀛汶河、石汶河和　泮汶河。泮汶河发源于泰山主峰以西的桃花峪，流经泰　城至东店子村入牟汶河，河长４２　ｋｍ，流域面积３６８　ｋｍ　。大　河水库主流发源于桃花峪沟，河道长度为２１．２　ｋｍ，河道平　大河水库位于泰城西部，泰安市大河旅游经济开发　区内，坝址距市区５　ｋｍ。该水库１９５９年兴建，１９６０年建　成，２００２年泰安抽水蓄能电站对其进行加固改建，将其　作为下水库。水库控制流域面积８４．５３　ｋｍ　，按１００年一　遇洪水设计；按１　０００年一遇洪水校核。兴利水位１６５　ｍ，　均坡降为０．０２２。坝址以上流域基本以京沪铁路分为东　西两部分，西部主要为丘陵，约占４ｏ％，东部主要为泰山　山区，约占６０％。　相应库容２　２１３×１０　ｍ　，设计洪水位１６６．８　ｍ，相应库容　２　８１６×１０　ｍ　，校核洪水位１６７．２　ｍ，相应库容　２　９９７．１×１０　ｍ　。大河水库在２００２年加固改建前是以灌　本流域位于华北暖温带半湿润大陆性季风气候区，　受泰山特有地形及大气环流的影响，形成了四季分明的　气候特点：春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，　冬季寒冷少雪。　溉为主兼顾防洪、供水、养鱼等综合利用的中型水库，加　固改建后转变为以发电为主，兼顾防洪、供水的多年调节　的中型水库。　泰安抽水蓄能电站是国家“十五”重点工程，是山东　省第一座大型抽水蓄能电站和第一个水电工程，２００２—　２００５年建设，总投资４３．２６亿元，装机容量１　０００　ＭＷ，额　定水头２２０　ｍ，安装４台可逆混流式水泵水轮机组。电站　由于地理位置、地形地貌、气流运动及天气系统等因　素的影响，本流域降水的区域分布不均，年际年内变化均　较大。降水量随地势的高低而变化，山上大于山下。位于　泰山顶的泰山站多年平均降水量为１　１０１．８　ｍｍ，比位于　泰山南的泰安站多年平均降水量７０８．０　ｍｉｔｔ多３９３．８　ｉｌｌｍ。　降水量年内分配很不均匀，降水多集中在汛期，泰安站多　年平均６—９月份降水量占年降水量的７５．５％，降水受季　风气候影响，年际变化也很大，突出表现在年降水量存在　丰枯水期交替发生，连续丰水年偏丰程度和连续枯水年　偏枯程度都比较严重，丰枯水年变化幅度大等特征。根　由上水库、水道系统、地下厂房和下水库组成。泰安抽水　蓄能电站上水库，在大河水库流域范围内，控制流域面积　１．４３　ｋｍ　，总库容１　０４３×１０　ｍ　，兴利库容８９０　Ｘ１０　ｍ　。　２００６年开始运行，年发电量１３．３８２×１０　ｋＷ・ｈ，年抽水　用电量１７．８４３×１０　ｋＷ・ｈ，综合效率０．７５，在山东电网　中担任调峰填谷和调频、调相及事故备用等任务。　据多年资料统计，泰山顶站最大年降水量为１　８４７．９　ｌｌｌｍ　（１９６４年），最小年降水量为５５３．９　ｌｌｌｍ（１９８８年）；泰安站　最大年降水量为１　４７５．４　ｌｎｍ（１９６４年），最小年降水量为　３４０．５　ｍｍ（１９８９年）。　多年平均水面蒸发量（Ｅ６０１）为１　０６７．８　ｍｍ，年最大　蒸发量为１　３１２．０　ｍｉｌｌ（１９６０年），年最小蒸发量为　２地理环境与气候条件　大河水库位于黄河下游大汶河二级支流泮汶河中　游。流域地理位置为Ｅ１１６。５６　４６”，Ｎ３６。０４　１９”。　大汶河水系属黄河流域，发源于莱芜市松崮山南麓　的沙崖子村，自东向西流经泰安市。大汶１：３以上为上游，　分南、北支，以北支牟汶河为主流。大汶口至戴村坝为中　８８０．４　ｍｍ（１９８０年），其中６月份蒸发量最大，１２月份蒸　发量最小。最大月蒸发量为２３８．５　ｌＴｌｍ（１９６０年６月），最　［收稿日期］２０１２—０４—０１　［作者简介］　张静（１９７０一），女，山东东平人，工程师，主要从事工程管理；朱秀丽（１９６６一），女，山东泰安人，工程师；　庞继高（１９６９一），男，山东泰安人，助理工程师．　．—－－——６４．－－－——　张静，等：泰安抽水蓄能电站下水库大河水库水文预报调度工作研究　第９期　小月蒸发量为１３　ｍｍ（１９５２年１２月）。　作带来巨大压力。综合上述几点，大河水库防洪任务加　重。　多年平均气温为１２．８℃，极端最高气温为４０．７℃，极　端最低气温为一２２．４℃。　鉴于大河水库所处的特殊位置，水库的防洪调度工　作十分重要，要确保蓄能电站正常发电用水，确保工程安　全，确保防洪区内人民生产生活安全，确保下游行洪区内　人民生产生活安全。同时，尽可能的蓄水保证工农业用　水，发挥良好的经济效益。要做好防洪调度工作，最重要　的是做好水文预报、水库调度工作。大河水库在防洪调　各月平均相对湿度变化幅度在５８％～７９％之间，多　年平均相对湿度为６５％，实测最小相对湿度为０％。　３暴雨特性　泮汶河为大汶河支流，属于黄河流域，为华北季风气　候区。降雨主要受大气环流、季风和地形条件的影响，流　域内汛期降雨的天气系统主要为低涡形成的气旋雨、锋　面雨和台风雨。　夏季西太平洋低纬带暖湿气团经常侵入，可带来大　量水汽，这是副热带高压经常处于北纬３Ｏ。附近，冷热气　团常在黄河下游交汇，故降雨机会较多；其次，受台风、台　风倒槽或东风波的影响，包括台风登陆消失后，剩余的云　系和水汽，是形成本区降雨的另一原因。另外，本区泰山　海拔较高的山峰附近，夏季常形成地形雨，如在泰山主峰　周围形成年降水量的高值区域。　流域暴雨多发生在汛期的６—９月，尤其是７、８两月　更为集中。两月雨量约占全年的５２．８％。　暴雨空间分布主要受地形影响，受海洋水汽输送、东　部多山区、西部多平原等因素影响，流域内多年平均降水　量自东向西呈递减规律。另外，流域北部有泰山，地形向　西南逐渐变为平原区，而水汽的输入方向主要为东南向，　特殊地形对气流的阻挡和抬升作用，致使山地降水量多　于邻*原，在北部形成以泰山为最大降水量的高值带。　４水文预报资料情况　大河水库先后于１９６０、１９６４、１９７９、１９９３年施测　１／５　０００地形图４次。库容曲线分别为１９６０、１９６５、１９８０、　１９９３年４条。汛期控制运用方案分别于１９６０、１９６５、　１９７９、１９８５、２００２、２００５年编制修订。２００２年之前汛期控　制运用方案因工程无大变化，基本未动。２００２年大河水　库因泰安抽水蓄能电站施工加固改建大河水库，大河水　库正常蓄水位提高１　ｍ，施工期间要编制汛期安全度汛方　案，工程施工结束后进入运行管理期，重新修订了汛期控　制运用指标，进行了暴雨洪水调节演算，编制了新的汛期　控制运用方案。　运行管理期编制的汛期控制运用方案包括降雨径流　综合相关预报成果，水量平衡演算预报成果；各种洪水对　应的调度方案等。　因为大河水库是蓄能电站的下水库，所以水库的水　位骤升骤降幅度较大，达２～３　ｍ。为保证蓄能电站正常发　电供水，大河水库最低蓄水位１６０．５９　ｍ，高于死水位　６．５９　ｍ，低于汛限水位３．４１　ｍ，可调控库容减小。水库由　开敞式溢洪道改为有闸控制，正常蓄水位提高１　ｉ＇ｉｑ以后，　上游防洪区内容易产生因渗水、水位震荡淹没造成的矛　盾纠纷。尤其是近几年，泰安市旅游经济开发区围绕大　河水库周边进行招商引资、水土资源开发，大河水库上游　流域内水土资源开发建设步伐加快，公路交通、旅游景　点、高楼大厦迅速铺开，人员数量激增等因素都给防洪工　度中主要做了以下几方面工作：①根据降雨时空明显的　分期界限将汛期分成２个时段，拟定分期限制水位，即汛　期（６月１日一９月３０日），汛限水位１６４　ｍ，相应库容　１　９１３　ｍ　，主汛期（６月２０日一８月１５日），约低于汛限水　位０．５　ｍ运行；②做好水文预测预报工作，做好水雨情自　动观测，及时整理；③及时与泰安抽水蓄能电站联系沟　通，尽量避开上游洪水期发电放水，或者提前留出足够库　容应对上游洪水和电站的发电放水；④注意天气变化，及　时收集天气预报，提前做好应对措施；⑤水库蓄水做到早　调、勤调，汛末适时拦蓄洪水；⑥协调做好下游河道疏浚　治理工作，提高河道行洪能力。　５　水文预报调度分析　山东省水库流域面积小，上游河道纵坡大，汇流快，　洪水预见期短，防洪调度演算设计雨型可取最大一日净　雨。根据最大一日净雨的时程分配百分比，乘以日净雨　量，得时段净雨量，根据瞬时单位线，可得不同频率降雨　洪水来水过程线；根据不同调泄方式可得不同泄水过程　线。在实际运行中就根据降雨、工情、河道防洪要求等，选　择合适的调度方案。　如某日水位１５７　ｍ，库容４９８×１０　ｍ。，降雨８７　ｍｍ，那　么Ｐ＋ｐａ＝９７＋４０＝１３７　ｍｍ，查降雨径流关系图得Ｒ＝　５３　ｍｍ，根据降雨径流关系和瞬时单位线得出的洪水过程　线，可以得到Ｒ＝５３　ｌＴｌｍ的洪水过程线，从而知道Ｑ　＝　７２　ｍ　／ｓ，Ｗ　＝４５４×１０　ｍ　。贝０　Ｗ　＝４５４＋４９８＝　９５２×１０　ｍ　，水位１５９．５　ｍ，不用泄洪，可以全部拦蓄。　若第二日降雨１５０　ｍｍ，则Ｐ　ｐａ＝１５０＋４０＝１９０　ｍｍ，　Ｒ＝１１０　ｍｍ，计算得Ｒ＝１１０　ｍｍ的洪水过程线，从而知道　Ｑ　＝４６０　ｎｌ　／ｓ，Ｗ来＝９３８×１０　ｍ　。贝０　Ｗ　＝９５２＋９３８＝　１　８９０×１０　ｍ　，水位１６３．９２　ｒｎ，水位依旧不到汛限水位，可　以不泄洪，全部拦蓄。　若第三日降雨１８０　ｍｍ，则Ｐ＋ｐａ＝１８０＋４０＝２２０　ｍｍ，　Ｒ：１４０　ｍｍ，计算得Ｒ＝１４０　ｍｍ的洪水过程线，从而知道　Ｑ　：５９１　ｍ　／ｓ，Ｗ　＝１　１９３×１０　ｍ　。贝４　ｗ　＝１　８９０＋１　１９３　＝３　０８３×１０　ＩＴＩ　，超过总库容，必须进行泄洪。　水库调度应用一般控制原则是在起调水位低于汛限　水位１６４　ｍ时，洪水入库初始阶段不必启闸泄洪，待水位　上涨至汛限水位后，才开闸放水。即洪水入库后有一段　蓄存时间，而这也是决策选择调洪时机和调洪流量的时　间。根据计算，水位从１６３．９２　Ｉ１＂１到１４６　ｍ，库容增加　２３×１０　ｍ　，拦蓄时间是５　ｈ，如果加上降雨产流时间约　３．５　ｈ，大概有８—９　ｈ时间进行决策。从汛限水位１６４　ｍＮ　一６５—　第１８卷第９期　２０１２年９月　水利科技与经济　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｖｏ１．１８　Ｎｏ．９　Ｓｅｐ．，２０１２　汛中最高蓄水位１６５　ｍ，有３００×１０　ｍ　调节库容。调度中　有３　０８３—２　２１３—２３＝８４７×１０　ｍ　需要泄出。若从汛限　水位开始提闸下泄流量１２３　ｍ　／ｓ，可以保证水位不超过汛　中最高蓄水位１６５　ｍ，下泄流量也在下游河道安全泄流量　范围内。　保安全的前提下追求最大利益，可以选择适当的时机，进　行洪水尾水拦蓄。　６　实施预报调度需综合考虑的因素　６．１　根据入库流量过程。确定出流方案　大河水库泄水出流受闸门控制，那么水库在遇到暴　雨洪水时，可以先根据降雨确定洪水来水过程，根据水库　确定的最高蓄水位，确定水库的最大下泄流量及提闸放　水的时间。具体预报过程是：①确定降雨量，根据降雨径　流计算成果推算出洪水来水过程；②根据防洪调度图查　若根据防洪调度图的计算绘制原则，水位到达汛限　水位后，采取来多少泄多少，以调节最后水位不超过汛中　最高蓄水位为原则倒推出下泄流量是２０３　ｍ　／ｓ。因为下游　河道安全泄量分别是１００、２００、３００、５００、８００　ｍ　／ｓ。为了确　保下游河道安全，可以根据降雨预报，提前调节。如本次　洪水，在洪水汇流入库时就提闸放水１００　ｍ　／ｓ，水位依旧　不会超过１６５　ｍ。如果在降雨开始时提闸放水，还可以降　低放水流量到９０　ｍ　／ｓ。　同样情况，如果考虑到电站放水发电就比较复杂。　上水库控制流域面积较小，而且属于大河水库流域范围　内，可以不考虑上库洪水影响。但是电站发电放水流量　很大，大约４３０　ｍ　／ｓ；如果与上游洪水叠加，危害很大。　如上述第一日降雨８７　ｎｌｍ，同时电站发电放水　８００×１０　ｍ　，贝４　＝４５４＋４９８＋８００：１　７５２×１０　ｍ　，水　位１６３．４３　ｍ，不用泄洪，可以全部拦蓄。　若电站发电放水发生在第二日，ｗ　＝９５２＋９３８＋８００　＝２　６９０×１０　ｍ　，水位１６６．４４　１１１，水位超过正常蓄水位，超　蓄２　６９０—２　２１３＝４７７×１０　ｍ　，按照１００　ｍ　／ｓ的流量调　泄，需要１３　ｈ，本流域山区汇流时间３—５　ｈ，电站发电发水　时间约５　ｈ。若在降雨发生时按照１００　ｍ。／ｓ调洪，可调泄洪　水８６４×１０　ｍ　，水位最高１６３．６９　ｍ。但若调节时间滞后，　就容易造成灾害。　若电站发电放水发生在第三日，Ｗ　＝１　８９０＋１　１９３＋　８００：３　８８３×１０　ｍ　，超蓄３　８８３—２　２１３＝１　６７０×１０　ｍ　，　若在降雨发生时开始调洪至最高水位不超过１６５　ｍ，需按　Ｎ２００　ｍ　／ｓ的流量调节，下游河道部分地段会发生淹没灾　害，极大地提高了下游的防洪压力。大河水库实际运行　中调洪一般不超过１００　ｍ　／ｓ，以确保下游安全。可见选择　调泄洪水的时机是有条件的，时机不当极易造成灾害。　当汛期水位１６４　ｍ时发生１００年一遇洪水，１３降雨　３５２　ｍｍ，净雨２８０　ｍｍ，洪水总量２　３２０×１０　ｍ　，在预报降　雨发生而上游洪水尚未入库时就提闸２３３　ｍ　／ｓ，可以保证　水库水位不超过１６５　ｍ；若同时上库放水，则提闸放水流　量要达￣ｔ］３２６　ｍ　／ｓ，才可以控制在１６５　ｍ以下。同样条件　假设汛期水位１６３　ｍ，提闸１９９　ｍ　／ｓ，可以保证水库水位不　超过１６５　ｍ；若同时上库放水，则提闸放水流量要达到　２９１　ｍ　／ｓ，才可以控制在１６５　ｍ以下。这种调泄方式将给　下游带来极大危害。但是如果在预报强降雨前１～２　ｄ提　闸放水，就可以将流量控制在１００　ｍ　／ｓ以下。　综合考虑大河水库和蓄能电站的情况，为确保安全，　大河水库防洪调度工作必须将电站上水库所占库容纳入　下水库库容中综合考虑调度，即上库水位为死水位时，下　库可以达正常蓄水位或汛限水位；上库蓄水时，大河水库　库容加上上库蓄水量后，可以达到正常蓄水位或汛限水　位。这样保证了安全最大化，妨碍了利益最大化。要在确　一６６一　出洪水处于不泄水区、控制泄水区、自由泄水区的对应区　间，及其对应的下泄流量；③根据下游河道情况确定下泄　流量大小及提闸放水时间；④高水位运行期或汛期暴雨　洪水发生前，要适当调泄部分洪水腾空库容，以备电站随　时发电泄水，防止与上游来水流量叠加。　６．２根据暴雨洪水时空分布规律。灵活调度　因为大河水库汛限水位到最高蓄水位只有１　ｍ，可调　控范围较窄，凸显了预报工作的重要性。根据上级发布　的中长期天气预报，根据主汛期降雨分布规律，适时调整　汛中限制水位，以１６４　ｍ（或１６３．５　ｍ）为控制，在预报有雨　时，适度提前降低汛中限制水位；接近汛末，或预报较长　时间无雨时，以汛中限制水位运行，汛末适时拦蓄洪水以　备城市供水。　６．３根据工程情况，灵活调度　大河水库作为泰安抽水蓄能电站的下水库，电站抽　水蓄能和放水发电时，库水位每日在５　ｈ内骤升（降）一　次，这是对水库防洪调度工作的考验，大河水库防洪调度　工作要结合电站的运行进行综合考虑。同时若水位过　高，冬季冰冻期对大坝护坡及溢洪道工程不利。在实际　运行中原设计确定的防洪高水位１６６．７　ｍ（５０年一遇）偏　高，宜适当降低。　７　结　语　水文预测预报对水库工程的调度应用发挥着至关重　要的作用。要做好水文预测预报工作就要做好工程资料　和水雨情资料的收集整理，对工程的应用状况作出准确　的评价，对暴雨洪水演算参数做出实时修订，使预测预报　数据更贴近实际。同时根据工程状况、运行要求灵活调　度，从而实现保水库安全、保下游安全、保蓄水兴利等多　方面目标。在水文预测预报工作中，可以充分应用计算　机进行电算，其准确度高，方便快捷。　［参考文献］　［１］山东省革命委员会水利局．山东省水文图集［Ｋ］．　北京：水利电力出版社，１９７５．　［２］胡方荣，侯宇光．水文学原理［Ｍ］．北京：水利电力　出版社，１９８５．　［３］庄一钨，林三益．水文预报［Ｍ］．北京：水利电力出　版社，１９８６．　（编辑：赵琳琳）