萬(wàn)家寨水庫(kù)調(diào)度問(wèn)題淺析

萬(wàn)家寨水庫(kù)調(diào)度問(wèn)題淺析

1樞紐水利工程萬(wàn)家寨水庫(kù)位于黃河北干預(yù)托龍峽谷河的河段。水庫(kù)最高蓄水位980m,正常高水位977m,最低發(fā)電水位952m。水庫(kù)總庫(kù)容8.96億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容4.45億m3,死庫(kù)容4.51億m3,水庫(kù)長(zhǎng)度72km。樞紐大壩高105m,電站裝機(jī)6×18萬(wàn)kW。樞紐工程的主要任務(wù)是供水結(jié)合發(fā)電調(diào)峰,兼有防洪、防凌等作用。萬(wàn)家寨水庫(kù)從1998年10月開(kāi)始蓄水運(yùn)用。2水庫(kù)增蓄水量2001年萬(wàn)家寨水庫(kù)上游頭道拐站(黃河干流入庫(kù)控制站)來(lái)水量113.3億m3。來(lái)水量以三種形式分配。一是水庫(kù)增蓄水量,2001年初水庫(kù)水位955.99m,年末水位964.22m,年水庫(kù)增蓄水量1.18億m3。二是頭道拐～萬(wàn)家寨區(qū)間的損失水量,2001年頭道拐～萬(wàn)家寨區(qū)間因灌溉引水、水庫(kù)滲漏蒸發(fā)等因素,損失水量3.8億m3(抵消區(qū)間來(lái)水外)。三是水庫(kù)泄水量,水庫(kù)泄水量由發(fā)電用水量和棄水量?jī)刹糠纸M成,2001年水庫(kù)發(fā)電用水量107.8億m3,棄水量0.55億m3,合計(jì)水庫(kù)泄水量108.3億m3,具體水庫(kù)運(yùn)行情況見(jiàn)表1。3設(shè)計(jì)進(jìn)出水水量萬(wàn)家寨水庫(kù)設(shè)計(jì)入庫(kù)年徑流量192億m3。但從上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái),來(lái)水量持續(xù)偏枯,1991年～2001年頭道拐年均徑流量147億m3,只占設(shè)計(jì)入庫(kù)年徑流量的76.6%。2001年頭道拐站年徑流量113.3億m3,只占設(shè)計(jì)入庫(kù)年徑流量的59%。在來(lái)水量減少的情況下,要發(fā)揮樞紐的經(jīng)濟(jì)效益,必須優(yōu)化水庫(kù)調(diào)度,提高水能利用效率。提高水能利用效率,從萬(wàn)家寨水庫(kù)的特點(diǎn)來(lái)看,主要包括以下兩個(gè)方面。3.1降低發(fā)電耗水率在引黃工程還沒(méi)有投運(yùn)以前,萬(wàn)家寨水利樞紐的經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在發(fā)電效益上。要提高發(fā)電效益,必須抬高水庫(kù)運(yùn)行水位、提高機(jī)組發(fā)電負(fù)荷,以降低發(fā)電耗水率。在萬(wàn)家寨水庫(kù)運(yùn)行3a以來(lái),在工程條件的允許下,水庫(kù)逐步抬高水位運(yùn)行;在山西、內(nèi)蒙兩網(wǎng)支持下,機(jī)組負(fù)荷明顯提高;發(fā)電耗水率逐年降低,發(fā)電效益逐年攀升。具體情況見(jiàn)表2。3.2合理的凌亂控制和沙子處理是改善水利用的重要先決條件3.2.1水庫(kù)運(yùn)行現(xiàn)狀如何才能既保證庫(kù)尾居民的安全,同時(shí)適當(dāng)抬高水庫(kù)水位運(yùn)行和減少棄水,充分發(fā)揮樞紐的發(fā)電效益,是合理防凌調(diào)度的關(guān)鍵。2000年～2001年度凌汛期,在庫(kù)尾移民搬遷線為984m情況下,為保證庫(kù)尾的安全,水庫(kù)在長(zhǎng)達(dá)3個(gè)多月的流凌期、穩(wěn)封期內(nèi),維持在955m～964m之間的低水位運(yùn)行,在開(kāi)河前,為迎接凌峰的到來(lái),水庫(kù)一度降低水位到953m左右運(yùn)行,接近發(fā)電最低水位952m。水庫(kù)長(zhǎng)時(shí)間的低水位運(yùn)行,為電力生產(chǎn)帶來(lái)了損失。為了抬高凌汛期水庫(kù)的運(yùn)行水位,一勞永逸的解決庫(kù)尾的防凌問(wèn)題,樞紐提出了抬高庫(kù)尾移民搬遷線到987m方案,凌汛期水庫(kù)的運(yùn)行水位可提高5m左右,將很大程度的提高水能利用效率。3.2.2降低水位,降壓調(diào)濕凌汛開(kāi)河期的棄水,一是為了保證樞紐安全,在機(jī)組泄流不足情況下,打開(kāi)泄洪閘門(mén)棄水;二是在水庫(kù)淤積的情況下,利用開(kāi)河期的大流量過(guò)程,打開(kāi)排沙泄洪閘門(mén)棄水沖沙。根據(jù)近幾年的情況,在6臺(tái)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)良好的情況下,只要準(zhǔn)確作好洪水預(yù)報(bào),合理調(diào)度,基本可以滿(mǎn)足泄流要求,從而避免棄水。因此,要合理?xiàng)壦?必須合理泥沙調(diào)度。萬(wàn)家寨水庫(kù)的運(yùn)用方式是“蓄清排渾”。按照設(shè)計(jì),每年8、9兩月為排沙期,水庫(kù)保持在952m～975m之間運(yùn)行,當(dāng)水庫(kù)淤積嚴(yán)重,難以保持日調(diào)節(jié)庫(kù)容時(shí),抓住流量大于1000m3/s的時(shí)機(jī),庫(kù)水位降低到948m沖沙5d～7d。但從上世紀(jì)90年代以來(lái),黃河上游來(lái)水量持續(xù)偏枯,汛期黃河基流和洪峰大幅度減小,在此情況下,每年排沙計(jì)劃常會(huì)落空。同時(shí),水庫(kù)水位長(zhǎng)時(shí)期保持在低水位運(yùn)行,不利于發(fā)電生產(chǎn)。由于寧蒙河段凌汛期的槽蓄水量相對(duì)穩(wěn)定,當(dāng)水庫(kù)淤積嚴(yán)重時(shí),可利用凌汛開(kāi)河期降低水位進(jìn)行排沙。汛期8、9月份水庫(kù)水位可抬高到960m～966m之間運(yùn)行,盡量發(fā)揮發(fā)電效益。以2001年為例,凌汛開(kāi)河期棄水0.46億m3,排沙65萬(wàn)t。8、9兩月抬高水位運(yùn)行,月平均水位分別為960.01m、970.07m,月均發(fā)電耗水率分別為6.80m3/kWh、6.18m3/kWh,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于7月份當(dāng)月均水位只有952.80m時(shí)的發(fā)電耗水率9.07m3/kWh,充分發(fā)揮了經(jīng)濟(jì)效益。4發(fā)展經(jīng)濟(jì)效益，充分考慮社會(huì)福利4.1萬(wàn)家充水能力萬(wàn)家寨水庫(kù)位于黃河中游的頭部,水庫(kù)的調(diào)度好壞,直接影響到黃河中游的斷流與否。進(jìn)入上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái),由于上游來(lái)水量持續(xù)偏枯,在每年的5,6,7月,頭道拐水文站經(jīng)常出現(xiàn)月均流量不到100m3/s的現(xiàn)象,最小出現(xiàn)6.3m3/s的瞬時(shí)流量,黃河中游面臨著斷流的威脅。在這種情況下,黃河水利委員會(huì)要求萬(wàn)家寨水庫(kù)在枯水期向下游補(bǔ)水,以保證中游不斷流。萬(wàn)家寨水庫(kù)為此作出了巨大的貢獻(xiàn)。以2001年為例,從6月1日至6月17日,水庫(kù)庫(kù)水位從970.72m降到954.72m,水位降低16m,向下游補(bǔ)水2.85億m3。雖然萬(wàn)家寨水庫(kù)在以后的一個(gè)月內(nèi)被迫保持在955m以下運(yùn)行,經(jīng)濟(jì)效益受到了損失,但緩解了沿黃河地區(qū)的用水供需矛盾,保證了黃河中游的不斷流。4.2聯(lián)合計(jì)劃4.2.1聯(lián)合防凌調(diào)度萬(wàn)家寨水庫(kù)的興建,使原本在河曲段的冰凌問(wèn)題到了萬(wàn)家寨水庫(kù)庫(kù)尾,減輕了黃河河曲段和天橋庫(kù)尾的防凌壓力。但如果萬(wàn)家寨水庫(kù)調(diào)度不當(dāng),也可能加重河曲段及天橋水電站的防凌負(fù)擔(dān)。為此,1999年11月,萬(wàn)家寨水利樞紐與其他相關(guān)單位一道簽署了《黃河河曲段凌汛聯(lián)防協(xié)議》,與天橋水電站實(shí)行聯(lián)合防凌調(diào)度。在協(xié)議簽署后,萬(wàn)家寨水庫(kù)在凌汛期按照協(xié)議的要求進(jìn)行水庫(kù)調(diào)度,同時(shí)加強(qiáng)與天橋電站之間的凌情聯(lián)絡(luò)。聯(lián)合防凌調(diào)度實(shí)行以來(lái),天橋電站未發(fā)生大的凌情災(zāi)害。天橋水電站不僅與萬(wàn)家寨水利樞紐進(jìn)行聯(lián)合防凌調(diào)度,在日常水庫(kù)調(diào)度中,也通過(guò)電話聯(lián)系,掌握萬(wàn)家寨水庫(kù)調(diào)度方式,并通過(guò)相應(yīng)調(diào)整調(diào)度方式來(lái)提高水能利用效率。天橋水電站的大多數(shù)水庫(kù)庫(kù)容已被淤積,水庫(kù)調(diào)節(jié)能力很弱,因此,當(dāng)上游有大的洪水過(guò)程來(lái)臨時(shí),由于天橋電站機(jī)組裝機(jī)容量只有12.8萬(wàn)kW,過(guò)流能力有限,不得不棄水。萬(wàn)家寨水庫(kù)興建以后,將黃河上游的洪水滯留在水庫(kù)內(nèi),相對(duì)均勻下泄,通過(guò)與萬(wàn)家寨電站的聯(lián)系,天橋電站可獲知萬(wàn)家寨水庫(kù)每日的調(diào)度方式,從而利用萬(wàn)家寨到天橋8h左右的洪水傳播時(shí)間,調(diào)節(jié)電站的運(yùn)行方式,提高水能利用效率。近年來(lái),天橋水電站的水能利用效率從上世紀(jì)80年代的40%左右提高到90%以上,特別是2001年的水能利用率達(dá)到96%。外部原因有兩個(gè):一是上世紀(jì)90年代以來(lái),黃河來(lái)水量持續(xù)偏枯;二是萬(wàn)家寨水庫(kù)對(duì)干流洪水的調(diào)蓄作用,特別對(duì)凌汛洪峰的調(diào)蓄的作用。萬(wàn)家寨水庫(kù)對(duì)黃河干流洪水的調(diào)蓄作用對(duì)天橋電站產(chǎn)生的另外影響是使天橋電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)從100年一遇上升到164年一遇,大大提高天橋電站的防洪能力。4.2.2萬(wàn)家丘水利工程在黃河來(lái)水量持續(xù)偏枯的情況下,對(duì)黃河北干流進(jìn)行梯級(jí)開(kāi)發(fā),對(duì)梯級(jí)水庫(kù)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度,可以對(duì)黃河北干流蘊(yùn)藏的水能資源充分利用。目前萬(wàn)家寨水庫(kù)與天橋水庫(kù)的聯(lián)合調(diào)度無(wú)疑對(duì)以后北干流的開(kāi)發(fā)是一個(gè)很好的提示。黃河北干流的梯級(jí)開(kāi)發(fā)完成后,萬(wàn)家寨水利樞紐作為8個(gè)梯級(jí)電站的第一級(jí)樞紐工程,將來(lái)自寧蒙河段的大多數(shù)冰凌蓄留在水庫(kù)內(nèi)進(jìn)行消融,同時(shí),萬(wàn)家寨水庫(kù)向下游排泄的是水庫(kù)深層水,溫度較高,對(duì)沿河冰凌具有一定的破壞作用,從而大大減輕了下游的防凌負(fù)擔(dān)。由于萬(wàn)家寨水庫(kù)對(duì)黃河干流洪水的調(diào)蓄作用,大大減輕了下游水庫(kù)的防洪壓力,提高了下游水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)行聯(lián)合調(diào)度,使下游水庫(kù)只要掌握萬(wàn)家寨的每個(gè)時(shí)段的調(diào)度方式,根據(jù)萬(wàn)家寨到水庫(kù)的洪水傳播時(shí)間調(diào)整調(diào)度方式,即可充分利用黃河干流水能資源興利,而無(wú)須有較大的水庫(kù)庫(kù)容來(lái)調(diào)節(jié)。由上可見(jiàn),由于萬(wàn)家寨水庫(kù)的利用,同時(shí)只要合理開(kāi)展聯(lián)合調(diào)度,黃河北干流其他待建電站就既可充分利用水能資源發(fā)揮效益,又可控制工程規(guī)模、節(jié)約投資成本。5萬(wàn)家充分利用高效的調(diào)度優(yōu)化調(diào)度從2001年萬(wàn)家寨水庫(kù)調(diào)度情況看,萬(wàn)家寨水利樞紐取得了發(fā)電16.23億kWh的良好經(jīng)濟(jì)效益,也取得了保證黃河中游不斷流和提高了天橋電站效益的巨大社會(huì)效益。同時(shí),萬(wàn)家寨水庫(kù)的興建和與天橋電站的聯(lián)合調(diào)度,對(duì)黃河北干流的開(kāi)發(fā)也具有深遠(yuǎn)影響。但從2001年水庫(kù)運(yùn)行情況看,萬(wàn)家