亭子口水利枢纽防洪调度初探

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

亭子口水利枢纽是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，是川东北地区骨干调峰电源。2013年6月18日，亭子口水利枢纽工程开始下闸蓄水，8月9日首台机组72小时试运行成功，正式并网发电。2014年5月1日，实现全部机组并网发电。初期蓄水运行第一年，亭子口水利枢纽即经受住了2013年的洪水考验，成功调蓄了多场洪水，并有效地进行了错峰，初显出其巨大的防洪效益。

如何科学合理地进行水库防洪调度，实现防洪减灾，提高洪水资源利用率，一直是水库调度工作的重要基础。本文根据该水库所在流域的来水特性，对亭子口水利枢纽防洪调度方式进行了叙述，并对工程初期蓄水在防洪调度方面的工作进行了总结分析。

1 概述

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，下距苍溪县城约15km，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。水库正常蓄水位458.00m，防洪限制水位447.00m，死水位438.00m，设计洪水位461.30m，校核洪水位463.07m，总库容40.67亿m3。水库预留防洪库容10.6亿m3(非常运用时为14.4亿m3)，可灌溉农田19.48万hm2，电站装机1100MW，通航建筑物为2×500t级，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大(1)型。工程坝型为混凝土重力坝，河床中间布置8个表孔、5个底孔及消能建筑物，底孔(兼作排砂孔)布置在表孔左侧。河床左侧布置坝后式电站厂房，河床右侧布置垂直升船机，两岸布置非溢流坝段。

嘉陵江流域径流主要来源于降水，其次为地下水和融雪水补给，径流年内变化与降水量基本一致，年内年际变化均较大。

亭子口以上流域降水的总趋势是由南向北递减，各站多年平均降水量400mm～1200mm，面平均雨深720mm。亭子口以上流域暴雨多发生在4～10月，80%的暴雨发生在7～9月，单站暴雨持续时间最长可达3天。

亭子口控制流域洪水主要由暴雨形成，属陡涨陡落型洪水，年最大洪水发生时间以7、8、9三个月最多，6月次之，5、10月亦偶有发生，但量级较小。7～9月三个月主汛期洪峰出现次数占全年84.7%，其中出现在7月份的机率最大为38.5%，其次是9月为25.0%。嘉陵江一次暴雨过程约5～7天，其中主峰历时2～3天，一次洪水过程约为3～7天，峰顶时间一般为0.5～2小时，洪水过程线形状多为单峰，当嘉陵江上游与白龙江及区间降水时间错开时，也时常出现双峰或多峰的洪水过程。

2 防洪任务及调度原则

2.1 防洪任务

依据设计报告，亭子口水库的防洪任务为：有效控制嘉陵江洪水，提高下游沿江城镇的防洪能力，使南充市、阆中市以及苍溪、南部、仪陇、蓬安、武胜等县城的防洪标准由20年一遇提高到50年一遇；将下游沿江乡镇、相对集中居民区及农田的抗洪能力由2年一遇提高到10年一遇；在长江中下游遭遇较严重灾情洪水或嘉陵江中下游遭遇超标准洪水时，消减长江中下游成灾水量或者大幅减轻嘉陵江中下游洪灾损失。

2.2 正常运行期水库调度原则

亭子口水库的正常运行期调度原则为：汛期6月下旬～8月底控制兴利水位不超过防洪限制水位447m；9月初水库开始蓄水，一般情况下，9月中～下旬可蓄至正常蓄水位458m；10～12月维持正常蓄水位运行；1～4月为供水期，电站一般按保证出力发电，正常情况下控制供水期末库水位不低于死水位438m；当遭遇较丰来水年份，5～6月运行水位较高，要求6月中旬迫降库水位，中旬末库水位降至防洪限制水位447m。

2.3 水库下游防护区防洪调度

亭子口水库对嘉陵江中下游的防洪调度，采用“固定下泄量法”和“补偿调度”相结合的防洪调度方式。具体调度方式如下：

2.3.1 汛期亭子口水库来水Q来<10000m3/s时，亭子口水库水位按防洪限制水位控制运行。

2.3.2 当来水Q来≥10000m3/s时，按如下方式调度：

2.3.2.1 当南充未出现汛情(南充流量<20000m3/s)时，采用“固定下泄量”方式调度。当亭子口水库来水Q来介于10000m3/s～18000m3/s(2～10年一遇)时，亭子口水库按Q泄=10000m3/s控制下泄，以保护下游沿江乡镇和农田为目标。

2.3.2.2 当亭子口水库来水Q来≥18000m3/s或南充流量≥20000m3/s时，采用“补偿调度”方式运用，以保护南充等城镇为目标。

(1)亭子口水库的下泄流量为南充的安全泄量扣除上时段亭～金(亭子口至金银台)区间来量及上时段亭～金区间上涨流量，并扣除建设乡水文站及未控区间流量；若Q泄小于机组满发流量1200m3/s，按Q泄=1200m3/s控制，其余洪水拦蓄于水库内。

即：Q亭泄(t)=Q南安-K×{Q清(t-1)+[Q清(t-1)-Q清(t-2)]}-Q建、未控

式中： t——一场洪水过程的时段数，t=1，2，…，n；

Q亭泄(t)——本时段亭子口水库泄流量；

Q南安——南充河道安全泄量，25100m3/s；

K——亭～金区间流量扩大系数，取1.2；

Q清(t-1)——上时段清泉乡水文站来水流量；

Q清(t-1)-Q清(t-2)——上时段清泉乡水文站来水流量涨率；

Q建、未控——南充发生洪水时建设乡水文站及未控区间流量。取值如下：当南充流量≤25000m3/s时，取6500m3/s；当25000m3/s<南充流量≤28000m3/s时，取7000m3/s；当南充流量>28000m3/s时，取7500m3/s。

(2)当南充洪水不超过50年一遇时，控制库水位不超过防洪高水位；

(3)当南充发生超标准洪水或长江中下游遭遇严重灾情洪水时，根据当时需要动用水库预留的非常运用防洪库容，作为可能采用的临时措施。

2.3.2.3 下游退水后，视水情适当加大水库泄量，使水库尽快消落至防洪限制水位，腾空防洪库容，以备下一次洪水的到来。

3 防洪调度

常规防洪调度一般采用洪水形成、发展过程中的实际库水位、实际入库流量作为判断洪水量级大小及相应泄量的判别指标。防洪预报调度一般采用洪水预报信息中的累积净雨量、入库洪水流量作为判断洪水量级大小及相应泄量的指标。在实际防洪调度中，利用实时洪水预报信息进行实时预泄调度，则可以腾空部分防洪库容，使水库的抗洪能力提高或削减洪峰，最大限度保护下游防护点的防洪安全。亭子口水利枢纽工程在水库蓄水运行初期，在实际防洪预报调度方面做了一些探索，并在首年蓄水运行取得了较好的防洪、发电等综合效益。

3.1 水情水调自动化系统

水库流域水情自动测报系统的稳定性、可靠性，是实施防洪预报调度的先决条件。2009年亭子口水利枢纽工程施工期水情自动测报系统便组建完成并投入运行，2013年随着首台机组的投产运行，电站开始转入并网运行，对水情测报工作提出了更高的要求。为增长预见期和提高预报精度，在施工期水情自动测报系统的基础上进行续建完善。

目前，亭子口水利枢纽水情自动测报系统规模为1∶35。35个遥测站中，有9个水位雨量站、25个雨量站和1个气象站，覆盖略阳至亭子口坝区。遥测站采用GPRS/GSM和北斗卫星的通信方式，抗干扰强，通畅率高，确保了水情遥测数据的完成性、可靠性、及时性。

3.2 洪水预报方案

针对嘉陵江流域独特的流域水文气象特性，亭子口水利枢纽洪水预报主要采用流域降雨径流预报和河段流量预报方法。根据水文预报精度和预见期的需要，结合亭子口水情自动测报系统遥测站点的建设与河段控制情况，将坝址以上控制流域面积分为4个区块，即略阳～广元块区，上寺以上块区，广元、三磊坝、上寺～昭化块区，昭化～亭子口块区(河长及平均传播时间见图1)。分别对四个块区进行预报演算。

图1 嘉陵江略阳至亭子口河长及平均传播时间示意

根据《水文情报预报规范》(GT/T22482-2008)规定，利用洪水样本进行建模和综合检验，预报方案各项评定要素的合格率均为乙等以上。结合重要断面的水位变化过程，通过5年实际预报工作不断修正，场次洪水预报精度均在80%以上，满足枢纽汛期运行调度对洪水预报的要求，为防洪调度决策提供了有力的技术支撑。

3.3 梯级流域水库群联合调度探讨

嘉陵江亭子口水利枢纽工程以上流域水利工程数量较多，特别是支流白龙江上有碧口和宝珠寺电站。碧口水库总库容4.5亿m3，有效库容2.21亿m3，为季调节水库；宝珠寺电站总库容25.5亿m3，调节库容13.4亿m3，为年调节水库。碧口、宝珠寺电站的蓄放水对亭子口电站影响较大。为了及时全面掌握上游水情，确保工程安全度汛及防洪调度运用，亭子口水利枢纽与宝珠寺水库建立了长期水情报汛关系。

与此同时，按照长江防总办公室统一部署的长江上游控制性水库群联合调度方案，亭子口水利枢纽积极组织开展长江上游水库群信息共享等工作，为后续开展流域水库群联合调度进行探索，充分发挥出水库的综合效益，提供了有效的基础数据。

3.4 常遇洪水调度研究

在工程设计中，汛限水位是根据有一定稀遇程度的全年设计洪水计算而确定的，当发生较大洪水时，亭子口水利枢纽根据下游防洪需求进行防洪运用。但洪水的发生为随机事件，并不是每年都有大洪水发生，特别是稀遇洪水，往往是几十年甚至更长时间才发生一次；而年内，长达半年的汛期内，并非每月或每旬都会发生较大洪水，一般情况，不同月份间或分期间洪水量级有较明显的差别，主汛期相对于其他时期的洪水量级要大得多。因此，一般年份水库对汛期发生的常遇洪水可以进行适当拦蓄，调洪水位可据预报预泄研究成果实施动态控制。

近年来，水资源供需矛盾突出，电力严重短缺。因此，从合理利用汛期的常遇洪水，提高洪水资源利用率的角度出发，亭子口水电站与长江上游水文水资源勘测局协作，开展了亭子口水利枢纽常遇洪水实时预报预泄调度技术研究工作。

通过研究嘉陵江流域水文气象特征、洪水组成及遭遇规律、水文气象预报水平、洪水预报新技术新方法、各水库预报预泄能力及下游河道安全泄量等，对各设计频率洪水、典型大洪水进行调洪演算及下游河道洪水演进计算，在不降低水库防洪标准、不增加下游防洪压力和防洪风险完全可控的前提下，合理利用洪水资源，提出水库常遇洪水实时预报调度的启动条件及操作控制指标。

4 2013年防洪调度实况

2013年汛期，亭子口水利枢纽坝址以上控制流域内多次发生持续性强降雨，洪水发生之频繁历史罕见。面对严峻的防汛形势，经过准确预报，精心调度，积极有效地拦洪、预泄、消峰、错峰，亭子口水利枢纽工程顺利度过汛期，同时也为提高下游梯级电站综合效益，缓解下游防汛压力，积极配合下游区域地方政府抢险救灾，发挥了重要作用。

4.1 主汛期防洪调度

2013年主汛期(6月下旬～8月底)，亭子口水库平均入库流量2340m3/s，总入库水量149.54亿m3，占全年多年平均来水量的79%。期间亭子口水库共遭遇12次明显涨水过程，其中洪峰流量5000m3/s以下3次，5000m3/s～8000m3/s的5次，8000m3/s以上的4次。洪水发生之频繁为近几年较为少见。最高洪水位453.72m，发生在9月27日10时；最大1次入库洪峰流量11800m3/s，发生在6月21日；最大出库流量为5800m3/s，发生在7月4日。

2013年主汛期亭子口4次较大洪水过程防洪调度统计见表1，日平均出入库流量过程见图2。

表1 2013年主汛期亭子口防洪调度统计

年份编号最大洪峰72h洪量(m3/s)(亿m3)出现时间消减洪峰(m3/s)2013年11180014 166月21日107002978010 817月4日398031100010 827月22日5250494208 968月7日4620

图2 2013年主汛期亭子口水库日平均出入库流量过程线

4.2 后汛期防洪蓄水调度

2013年后汛期，通过气象预报分析，9月初预报本月中下旬，亭子口坝址上游流域有一次明显降雨过程，将形成一次较大径流过程。结合预报成果，经过与四川省电力部门的沟通协调，于9月18日前将库水位从451.11m通过加大发电出力降至448.33m，腾出库容约3亿m3；9月19日，洪水入库，洪峰流量达5790m3/s；洪峰过后拦蓄洪尾，库水位蓄至453.72m。

通过对此次后汛期洪水的成功调蓄，重复利用库容增发电量约6000万kW.h，做到防汛发电两不误，为“两节”保电做出了贡献。

5 结语

嘉陵江中上游汛期来水极不均匀，亭子口水利枢纽作为嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，枢纽库容较大，调节能力较强，在尚未承担防洪任务的蓄水初期，已经凸显出其防洪效益。随着亭子口水利枢纽工程的正常蓄水运行，如何进行科学防洪调度，在确保度汛安全前提下，合理管理洪水资源，提高水能利用率，增加发电、灌溉、航运等综合效益，还需在正常蓄水运行后结合实际调度工作持之有效地进行探索，开展优化调度工作。