石虎塘航电枢纽工程洪水调度运行方式探讨（詹寿根,李峰）

时间：2022-02-20 15:18:07 浏览量：次

摘要: 在工程布置形式和电站规模以及兴利特征水位等确定后，为石虎塘航电枢纽研究了3种调度运行方式:①设汛限水位由坝前水位指示调度;②主汛期拉闸不蓄水结合坝前水位指示调度;③结合上游来水流量指示调度。经分析比较，决定采用坝前水位结合上游来水流量指示调度，且不分时期（汛期和非汛期），按“分界流量”采用“分级运行水位”的防洪蓄水方式进行防洪、兴利调度，提高工程综合效益。

关键词: 洪水调度;运行方式;坝前水位;分界流量;限制蓄水位;石虎塘航电枢纽

中图分类号: TV697.1 文献标识码: A

1 工程概况

石虎塘航电枢纽工程位于赣江中游，水库总库容6.32亿m3 ，设计船闸有效尺寸180m×23m×3.5m、正常蓄水位56.8m（黄海高程，下同）、限制蓄水位56.5m、死水位56.3m、电站装机容量120MW，是一座以航运为主，兼有发电等效益的综合利用枢纽工程。工程建成后，可渠化航道38km，使坝址上游航道可常年顺畅通行1000t级船舶;增加年电量5.0亿kW?h，缓解江西省电网用电紧张状况;可提高各防护区的防洪标准，尤其是能使万合、沿溪、金滩3个防护区的防洪标准由2～5a一遇提高到10a一遇。

石虎塘航电枢纽是赣江干流中游梯级开发的4座枢纽工程之一。万安水利枢纽是梯级开发的第1座，位于石虎塘坝址上游80km处，控制集水面积36900km2 ，多年平均流量953m3/s。工程以发电为主，兼有防洪、航运、灌溉、养殖等综合效益，已于1993年建成。

目前正在进行前期工作的泰和枢纽工程，位于万安坝址下游42km处，控制集水面积40937km2 ，多年平均流量1050m3/s。枢纽以发电为主，兼有航运、灌溉等综合效益。石虎塘航电枢纽工程布置示于图1。

2 洪水调度运行方式

2.1 方式的拟定及比选

根据石虎塘航电枢纽工程特性和布置，拟定以下3种洪水调度运行方式供比选。

（1）设汛限水位由坝前水位指示调度。在主汛期限制蓄水，使坝前水位只蓄至汛期限制水位，主汛期过后，才允许蓄至正常蓄水位，即利用枢纽泄洪闸的开启度控制坝前水位，使主汛期坝前水位维持在汛限水位与死水位之间，其它时间则维持在正常蓄水位与死水位之间，以便满足兴利要求。

（2）主汛期拉闸不蓄水结合坝前水位指示调度。石虎塘航电枢纽工程在汛期仅需满足通航与发电要求，主汛期过后才开始蓄水以满足兴利要求。因此，在主汛期（4～6月）泄洪闸门全部开启不蓄水，尽量维持天然状态，主汛期过后，水库开始蓄水兴利，坝前水位维持在正常蓄水位与死水位之间。

（3）结合上游来水流量指示调度。根据流域的洪水特性、工程特性、附近水文测站分布及其资料分析，石虎塘航电枢纽工程宜采用不分时期（汛期和非汛期）、依据坝前水位结合上游来水流量指示洪水调度的运行方式，且按“分界流量”采用“分级运行水位”的防洪、蓄水方式进行防洪、兴利调度，提高工程综合效益。

在石虎塘航电枢纽工程3种洪水调度运行方式中，坝前水位结合上游来水流量指示调度运行方式的年电量最大，水库淹没处理投资最小。因此，通过比较分析，决定采用该运行方式。

（1）该工程洪水调度运行方式中有限制蓄水位和正常蓄水位2个“分级运行水位”，其水位越高，年电量越大，但淹没损失和工程投资也相应增加，因此，需作技术经济比较进行优选。

（2）蓄水分界流量的大小对淹没损失及工程投资影响较小，但影响兴利运行调度的稳定性和抬高水位兴利的时间以及年发电量。因此，取规划泰和电站6台机组的过流能力加枯水期的区间流量，等于或略小于石虎塘电站水轮机过流能力即可。经分析，石虎塘航电枢纽的蓄水分界流量暂取2450m3/s。

（3）当赣江干流拉闸临界流量加大时，石虎塘电站的停机不发电机率减少，发电时间增加，年发电量增大，同时坝址上游同频率的设计水面线抬高，水库淹没处理投资和工程投资增加。因此，可研阶段拟定了4000、4300、4700、5100、5500m3/s共5个方案以便对石虎塘坝址拦闸临界流量进行技术经济比选。

由于石虎塘泄洪闸下闸蓄水发电时，灌苑水流域来水需通过万合导排渠导往闸坝下游，而万合导排渠的导排能力有限。若灌苑水流域发生洪水，其流量还需在原出口排入赣江，此时石虎塘泄洪闸也需全部开启畅泄洪水，石虎塘电站应停机不发电。同样也拟定了50、60、70、80m3/s共4个方案以便对不同的灌苑水出口断面拉闸临界流量进行技术经济比选。

（4）通过计算，水库正常蓄水位56.8m、限制蓄水位56.5m、死水位56.3m，石虎塘坝址和灌苑水出口断面拉闸临界流量分别为4700m3/s和70m3/s，石虎塘坝址蓄水分界流量2450m3/s时为最优方案。

2.2 调度原则

石虎塘航电枢纽建成后，枯水期可利用闸坝抬高水位，增加坝址上游的航道水深，改善通航条件;而在洪水期需确保工程自身的防洪安全并尽量减少库区内的淹没损失，尽可能不抬高坝址上游的洪水位，基本保持天然状况。因此，枢纽运行方式的调度原则是:在确保工程自身和坝址上游防洪安全并满足航运要求的前提下，尽可能维持在较高水位进行发电调度，使水力资源得到充分利用，以获得最大的综合利用效益。

2.3 运行方式

洪水调度运行方式加蓄水兴利（发电、航运）调度运行方式即为本工程全年的洪水调度运行方式。

（1）洪水调度运行方式。当坝址上游来水流量大于等于拉闸临界流量（石虎塘坝址流量4700m3/s，相应栋背站流量4330m3/s）且洪水仍有上涨趋势，而灌苑水出口断面流量又小于拉闸临界流量（70.0m3/s）时，灌苑水出口的泄洪挡水节制闸关闭（引水导排节制闸开启）挡水;当坝址上游来水流量和灌苑水出口断面流量均大于等于拉闸临界流量且洪水仍有上涨趋势，或坝址上游来水流量小于拉闸临界流量但灌苑水出口断面流量大于等于拉闸临界流量且洪水仍有上涨趋势时，石虎塘枢纽泄洪闸和灌苑水出口的泄洪挡水节制闸全部开启（此时灌苑水导排渠上的引水导排节制闸关闭）泄洪，尽量不抬高坝址上游洪水位，基本保持天然状况，减少库区淹没;当坝址上游来水和灌苑水出口断面流量均小于拉闸临界流量时，灌苑水出口的泄洪挡水节制闸关闭（灌苑水导排渠上的引水导排节制闸开启）挡水，石虎塘枢纽泄洪闸下闸蓄水，进入蓄水兴利调度运行方式。

（2）蓄水兴利调度运行方式。当坝址上游来水流量介于拉闸临界流量和蓄水分界流量（坝址流量2450m3/s）之间时，石虎塘枢纽泄洪闸关闭或部分开启，使坝前水位维持在限制蓄水位（56.5m）与死水位（56.3m）之间，电站启动机组发电;当坝址上游来水流量小于蓄水分界流量时，石虎塘枢纽泄洪闸关闭，使坝前水位维持在正常蓄水位（56.8m）与死水位之间，增加坝址上游航道水深，改善航运条件，并利用枢纽闸坝形成的水流落差进行发电，以满足航运要求和缓解江西电力系统内用电紧张状况;在枯水季节赣江来水流量较小时，石虎塘水电站发电运行应考虑与万安水电站同步并共同为电网调峰，且尽可能维持在正常蓄水位附近，以使该河段水力资源得到充分利用。石虎塘电站考虑坝下游的航运要求，泄放航运基流187m3/s，相应的基荷出力为15MW。

3 运行方式的可行性分析

洪水调度时赣江干流和支流控制的拉闸临界流量均较小。石虎塘坝址拉闸临界流量为4700m3/s，仅为10a一遇设计洪峰流量14800m3/s的31.76%，为5a一遇12500m3/s的37.60%;支流灌苑水出口断面拉闸临界流量为70m3/s，仅为10a一遇设计洪峰流量801m3/s的8.74%，为5a一遇619m3/s的11.31%。因此，当河道或库内通过与拉闸临界流量相差不大的流量时，水量仍被约束在河槽中，而且石虎塘水库为长条河道型，库容小，水量少，预泄和回蓄容易。

据石虎塘库容曲线分析，水位在57.0～52.5m（坝址通过拉闸临界流量4700m3/s时的天然水位为52.4m）之间时，若增泄4000m3/s，可在1h内降低坝前水位1.0～1.5m;若增泄2000m3/s，可在2h内降低坝前水位1.0～1.5m;若增泄1300m3/s，可在3h内降低坝前水位1.0～1.5m，在1h内降低坝前水位0.3～0.5m。下闸回蓄时少泄相应流量亦然。再依据坝址处天然水位—流量关系曲线推算:涨洪段若坝址流量在4700m3/s附近增大流量下泄，下泄最大流量控制在8000m3/s时，则3～3.5h即可基本恢复到天然状态水位;若在未达到4700m3/s时提前增大流量下泄，控制最大流量可小些，预泄时间则在3～6h可基本恢复到天然状态水位。一般情况下坝前水位不宜降得太快。退水段回蓄时减少下泄流量至200～300m3/s时，3～5h即可回蓄至可发电水位（上下游水位差超过最小发电水头即可发电），5～8h后即可达到限制蓄水位正常发电。

在洪水调度及发电调度运用时，对涨水段泄洪闸的预泄流量和退水段回蓄时泄洪闸的下泄流量均应进行控制。控制下泄流量依据泄洪闸的闸门开启度—水头差—泄流量关系线采用增加或减少闸门开启度和闸门孔数来达到目的。

据《江西省赣江石虎塘航电枢纽工程水资源论证报告书》中的分析，坝址下游河道内最小生态流量为164m3/s、下游水厂的取水最大流量为3.56m3/s。该工程可研报告中，石虎塘坝址处2a一遇设计洪峰流量为8920m3/s，下游满足航运的最小基流为187m3/s。也就是说，只要在涨水段增泄流量时将最大下泄流量控制在8000m3/s以下、在退水段回蓄减少下泄流量时的最小下泄流量不小于200m3/s，则既不会威胁到下游的防洪和取用水安全，也能满足通航的要求。因此，该工程的洪水调度运行方式具有可行性和可操作性。

4 结语

当工程布置形式和电站规模以及兴利特征水位等确定后，水利枢纽工程洪水调度运行方式的优劣直接影响着所获得的综合效益和淹没损失，尤其是低水头电站、河道型水库的洪水调度运行方式对年电量和上游的淹没损失影响明显。在工程设计阶段，研究并优化水利枢纽工程的洪水调度运行方式，可在满足相同兴利要求、获得相等效益条件下节省淹没处理和工程投资，有利于促进工程立项与建设，使工程早日建成发挥效益。在工程建成运行后，研究优化其洪水调度运行方式，可在不增加上游淹没损失的条件下获得更大的综合效益。

参考文献:

［1］蒋光明等.水利工程水利计算规范.北京:中国水利水电出版社，1996.

作者简介: 詹寿根，男，江西省水利规划设计院，高级工程师。

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