三峡枢纽动态平均流量控泄方法研究

高良云

摘 要：三峡枢纽动态平均流量控泄是通过对入库流量数据序列进行动态平均处理后，用以作为下泄流量控制的一项技术。三峡航运的安全畅通离不开三峡梯级水库下泄流量控制工作，同时也是研究三峡水库调度运行的一个重要方向。文章提出的动态平均流量控泄办法重点在于发现三峡大坝入库流量在汛期的发展演变规律，为合理调节下泄流量，保障防洪、发电、航运等综合效益提供有益参考。

关键词：三峡枢纽；动态平均流量；控泄方法

中图分类号：TV697.11 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0060-02

三峡—葛洲坝梯级水利枢纽由三峡水库和其下游38 km处的反调节水库—葛洲坝水库组成。枢纽位于湖北省宜昌地区，多年平均入库流量约为14 400 m3/s。三峡水库2003年5月末开始蓄水，2009年竣工，通过与葛洲坝水库联合统一调度，实现梯级水库防洪、航运、发电等综合效益。葛洲坝电站主要任务是对三峡电站日调节下泄的非恒定流进行反调节，在保证航运的前提下发挥发电效益。

三峡水库调度问题实质就是下泄流量与上下游水位的控制过程。当三峡水库需要防洪时，总要调高下泄流量让库水位降至防洪限制水位145 m运行；当三峡水库需要蓄水时，总是要减少下泄流量让库水位升至175 m高位运行。

1 三峡枢纽下泄流量的控制现状

目前，三峡—葛洲坝水利梯级枢纽在不同时期按照以下原则运行：

①汛期6月11日～9月30日，在不需要进行防洪蓄水时，三峡水库按防洪水位线145 m（实际库水位可在144.9～146 m内变动）控制运行。当发生较大洪水时，按控制沙市水位44.5～45.0 m、枝城最大流量不超过56 700 m3/s（含坝址～沙市区间流量）。一次洪峰过后，坝前水位应在不增加下游防洪压力的前提下尽快降至145 m。

②蓄水期10月份，一般情况下，三峡水库从10月1日开始至10月末蓄水至正常水位175 m。10月份来水较丰富，水库提前蓄满后保持175 m水位运行。

③11月1日～竖年4月，水库水位根据发电需要逐步消落，在一般来水年份，4月末库水位不低于枯水期消落低水位155 m；5月份电站加大出力运行，库水位逐渐降低，5月底消落至155 m。6月上旬，视上游来水情况均匀消落库水位，6月10日消落至防洪限制水位。

葛洲坝水库的运行水位为63.0～66.0 m，水位允许变动范围的上限为66.5 m，下限不低于63 m。在枯水期，为保证葛洲坝下游的航运安全，葛洲坝下最小流量为5 000 m3/s。

2 三峡枢纽动态平均流量控泄原理

该技术表达动态平均流量控泄的计算方法。假设动态入库流量y（t），由确定性部分f（t）和随机性部分x（t）组成，且前者为实际可测的来水量或有效流量值，后者即随机起伏的来水量波动或扰动，即x（t）=e（t），经离散化采样后，可相应地将动态来水量数据写成：

3 动态平均流量控泄的实现方法

3.1 动态平均流量算法的周期选择

动态平均周期是根据实际情况确定，当预报最大洪峰如果达到三峡船闸最大通航流量，20年一遇洪水流量或百年一遇洪水流量（即56 700、72 300、83 700 m3/s）时，按照两坝间最高适航流量35 000 m3/s（35 000～45 000 m3/s之间流量按照船舶功率及单位马力拖带量标准通航）流量下泄计算，库区分别承担

21 700、37 300、48 700 m3/s等滞洪量，按221亿的可调库容及防洪限位145 m计算，分别对应12，7，5个滞洪日，因此在预报滞洪量达到21 700、37 300、48 700 m3/s以上时，按照12，7，5区间值选周期更加科学。

当选择动态平均周期作下泄流量控制线时，考虑到防洪库容的承受能力，本算法始终坚守入库量与下泄量的总量平衡，在中途可能会发生库水位上涨属于正常现象，但是上涨的水位始终会随着后续下泄量相对增加逐渐向145～150 m库水位回落。

3.2 三峡库容量及水位计算公式

该方法用以观察库水位变化情况。三峡大坝特征水位：175水位/m，393库容/m3；155水位/m，228库容/m3；145水位/m，171.5库容/m3。

通常来说，我们对三峡入库流量数据（通常取每天上午

8？誜00时观测值）采取确定值部分和不确定值部分的分离的办法进行研究。例如汛期入库流量随时间变化的过程线。这种情况下，可采用平滑与滤波的数据处理方法，即动态平均法。该方法虽然是一种古典的数据处理方法，但在实际应用中常常用到它，不失为一种好的方法。

本文根据三峡集团公司梯调中心提供2012年三峡水库入库流量数据，设想2012年会发生20年一遇洪水，则需采取7 d的周期平均，防洪起始水位控制在150 m以下，实行动态平均处理并按照动态平均线控制下泄流量，如图2、图3所示曲线图。图2中蓝线为入库流量过程，红线为动态平均下泄流量过程；图3即是实行动态平均下泄流量后水位变化过程线，与2012年三峡水库实际控制下泄流量后库水位相似而且控制过程只与入库流量关联更具规律性和实操性。

需要说明的是，9～10月份的兴利蓄水要在人工干预的情况下进行，以利于在汛末来水较充盈情况下蓄水到175 m，以及次年1～5月枯水期上游来水流量较少的情况下满足下游发电、航运、生态水资源的综合利用。

5 结 语

三峡枢纽实行动态平均流量控泄达到了三峡水库削减洪峰同时控制中下游流量及水位的目标，特别是汛前将库水位降至145～150 m之间，当洪水来袭时既可以充分发挥防洪效益还能提高发电水头，保证三峡—葛洲坝间水位和流量保持较平稳的适航状态，同时简化了水库调度需要兼顾发电、航运等问题的复杂决策程序。

其次，采取动态平均流量控泄可以为实施三峡水库自动控泄，更为实行上游水库群联合梯级调度提供实质性参考和帮助。人们可以根据防范十年、百年、千年一遇的洪水标准需要制定相应的控制线，并且能精准研判洪水规模，及时配合预报超预期特大洪水（即水位超过175 m）的情形迅速采取防洪措施。

随着国民经济与社会的快速发展，对三峡工程综合开发利用的需求必然会不断增长，提升三峡航运能力越来越成为打造长江黄金水道、促进沿江经济升级转型的有力支撑，因此，在保证三峡大坝防洪安全的前提下，实施水库动态平均流量调度研究具有重要的现实意义和长远的战略意义。

参考文献：

[1] 陈上及，马继锐.海洋数据处理分析方法及其应用[M].北京：海洋出版社，1991.

[2] 王俊娜，李翀，廖文根.三峡葛洲坝梯级水库调度对坝下河流的生态水文影响[J].水力发电学报，2011，（4）.