紫坪铺水库控制流域汛期来水预测及敏感性分析

彭 睿，蓝慧娟，黄小丹，滕 飞

(1.四川省紫坪铺开发有限责任公司，成都，610091；2.中国长江三峡集团公司，四川 宜宾，644600)



紫坪铺水库控制流域汛期来水预测及敏感性分析

彭 睿1，蓝慧娟1，黄小丹1，滕 飞2

(1.四川省紫坪铺开发有限责任公司，成都，610091；2.中国长江三峡集团公司，四川 宜宾，644600)

紫坪铺水利枢纽工程是一座以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益的大型水利枢纽工程，自“5.12”汶川大地震后，水库对于下游成都平原的意义越发重要。本文对控制流域汛期的来水预测，以及针对预测实施的调度运行方式展开的敏感性分析进行了详细阐述，以便逐渐摸索出一套对于紫坪埔水库较为优化的汛期调度模式。

紫坪铺水库 控制流域 来水预测 敏感性分析

李 翊(1974-)，男，工学博士，四川省都江堰管理局科技处处长、信息中心主任。

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图1 紫坪铺水库控制流域水系

紫坪铺水库控制流域内土壤和植被垂直分带明显。镇江关以上沿河谷地带多为山地棕壤或灰棕壤；镇江关以下依次为山地灰化土、山地草甸土、高山寒漠土；镇江关至桃关沟的河谷地带为干旱河谷灌丛，河谷地带以上为亚高山灌木丛；中滩铺至都江堰市的河谷及两侧山麓为亚热带常绿阔叶林。各支流上游为亚高山常绿针叶林，森林主要分布在黑水河和杂谷脑河上游。

2 降雨与来水分析

2.1 降雨分析

表1 紫坪铺水情系统11～4月面雨量统计 单位：mm，%

表2 控制流域各县11～4月降雨统计 单位：mm，%

2013～2014年11～4月，岷江流域天气以多云间晴为主，降水相对较少，紫坪铺水库控制流域总面雨量为121mm，较2012～2013年同期略偏多3.3%，但较常年偏少，3月以后降水形势有所好转。控制流域内各县除松潘降水较多年偏多近两成外，其余各县偏少1～3成。

紫坪铺水库11～4月控制流域总面雨量统计见表1，控制流域各县降雨量统计见表2。

2.2 来水分析

受上游毛尔盖电站和狮子坪电站枯期发电对天然径流的补给，2013～2014年12～3月紫坪铺水库来水较常年偏多3～6成，3月下旬～4月下旬受茂潭线检修，毛尔盖和狮子坪电站出力减少影响，来水略低于多年水平。2013～2014年11～4月径流总量31.93亿m3，平均入库流量为204m3/s，比2012～2013年同期231m3/s偏少11.7%，比多年同期179m3/s偏多14.6%。

紫坪铺水库11～4月天然入库流量统计见表3。

表3 紫坪铺水库11～4月天然入库流量统计 单位：mm，%

3 水库调度运行

11～12月，根据紫坪铺水库调度计划，库水位维持在正常蓄水位877m附近运行，1月以后，根据下游用水和电网负荷需求进行调度，水库水位逐步消落，至4月24日，最低消落至819.55m。4月24日至30日进行500kV紫景线检修，期间采用1台机组带厂用电和冲砂放空洞0.5开度不低于150m3/s向下游供水，至4月末水库水位回蓄至832m。

4 汛期流域天气及降水预测

根据四川省专业气象台天气预报，预计5～9月期间，坝区降水量以偏多为主，较常年均值偏多1成，大雨和暴雨开始期均偏早，结束期正常，大雨开始于5月中下旬，暴雨开始于6月上中旬，暴雨结束于8月下旬到9月上旬，大雨结束于9月中旬，汛期局地暴雨洪涝偏多偏重，容易诱发山洪泥石流等灾害，9月上中旬有秋绵雨。汛期气温较常年均值偏高0.5℃～1.0℃。

岷江来水区降水量略偏多，雨季开始期较常年偏早约5天，雨季结束期在10月中旬末，气温较常年均值偏高。

5 流域水情预测与调度运行分析

5.1 径流预测

5.1.1 选用1982～2013年共30年的径流序列资料，采用典型年法以及人工神经网络模型、最近邻抽样模型和门限回归模型进行预测，并根据四川省专业气象台天气预报成果进行修正。

5.1.2 从前期1～4月的来水量来看，比多年偏多22.1%，对地下水进行了良好的补给，土壤墒情较好，有助于后期降雨过程的产流。根据气象台提供的汛期降水较多年偏多的预测，再根据水库坝址处前期来水情况，预测汛期入库流量较多年略微偏多，再考虑到上游两电站在8～9月蓄水会对来水产生一定影响，对月和旬数据进行了微调，最终预测汛期5～9月平均来水694m3/s，处于中水年水平。5～9月的总来水量为91.78亿m3，来水频率为40%左右，比2013年89.71亿m3略偏多2.3%，与多年平均90.14亿m3基本持平。

5.2 汛期调度形势分析及对策

5.2.1 2014年省调直调电厂装机4721.3万kW，同比增长10.28%。其中，水电装机3366万kW，占总容量的71.29%，同比增长15.62%；新增装机454.77万kW，同比增长241.34%。因此，在汛期全省各大河流来水均较好的丰水期内，竞争将越来越激烈。

5.2.2 上游毛儿盖、狮子坪等有一定调节能力水库水电站投运后，降雨后通过其对洪水的调蓄，致使紫坪铺入库洪水过程拉平拉长，对紫坪铺水库防洪调度是有利的，相当于增加了紫坪铺水库的防洪库容。所以，应该合理利用增加的防洪库容，在电网用电负荷需求量增大时，公司可加大发电量，及时消落水库水位，避免与上游电站发生蓄发重叠的冲突。

5.2.3 针对主汛期极易发生的洪涝和伏旱，可以充分利用中期或短期天气预报，提前消落水位或及时拦蓄洪尾，汛限水位在845m～855m之间进行动态控制。

5.2.4 在主汛末可根据精度相对较高的天气旬报或周报，若预报后汛期降水偏少，建议可在8月末拦蓄尾洪，适当提前回蓄，以避免后汛期出现蓄水困难的情况。

5.3 运行建议计划

根据预测的来水，按照6～8月维持在850m水位附近运行，9月开始逐步回蓄，对发电量进行推算，在考虑所发电量能被电网全部消纳的情况下，预计5～9月总发电量为20.75亿kW.h。根据近年来汛期实际情况，在来水较好的6月中旬～7月中旬，受省内各大河流来水均较好，电网消纳电量有限影响，调峰弃水损失电量增加的情况下，按80%的负荷率考虑，汛期总发电量为19.3亿kW.h。

由于目前中长期天气预报的精度有限，加之近年来汛期极端天气频发，紫坪铺控制流域“5.12”地震和上游水库电站的运行影响，产、汇流条件发生一定改变，来水不确定因素加大，给水情预报工作带来较大难度，可能会有一定偏差。以上数据仅作为下一步水库调度工作的参考，实际调度中，还需根据短期天气预报和实时水情进行滚动预报，并及时对调度方案进行调整。

6 敏感性分析

针对汛期水库调度运行所做的敏感性分析，主要是为了确定运行中的敏感因素，寻找出影响最大、最敏感的主要变量因素，进一步分析、预测或估算其影响程度，找出产生不确定性的根源，采取相应有效措施。计算主要变量因素的变化引起发电量指标变动的范围，使决策者全面了解各种方案可能出现的电量变化情况，以减少和避免不利因素的影响，改善和提高枢纽发电效益。通过各种方案敏感度大小的对比和分析，选择敏感度小的方案。通过在可能出现的最有利与最不利的来水情况下进行分析，为决策者预测可能出现的风险程度，为最后确定可行的调度方案提供可靠的决策依据。

6.1 指标及边界条件

汛期紫坪铺水库调度敏感性分析指标及边界条件见表4。

表4 汛期水库调度敏感性分析指标及边界条件

6.2 方案目标值

本方案见在正常状态下，逐旬、月计划发电量能全部被电网消纳的前提下，以计算出的汛期总发电量作为目标值。

6.3 不确定因素

本方案根据调度实际情况，选取几个变化可能性较大并对上网电量目标值影响作用较大的因素(可能频率的最大最小来水预测、下游最小需水流量、9月提前回蓄和10月回蓄)，作为不确定因素。 6.4 分析结果

本方案采用单因素敏感性分析，在固定其它因素的条件下，变动其中一个不确定因素，保持其它因素暂不变，以此求出某个不确定因素对上网电量的影响程度，同时给出相关目标的同比情况。分别选取来水频率25%附近的典型年1993年(23%、755m3/s)和来水频率75%附近的典型年2009年(77%、614m3/s)，作为敏感性分析上下限进行计算，分析结果见表5。

表5 汛期水库调度敏感性分析结果

6.5 小结

由表5的敏感性分析结果可看出，当来水频率为23%时，四个方案在汛期的弃水量没有变化，均在5.26亿m3左右；当来水频率为77%时，四个方案在汛期内可以不弃水，理论弃水量范围为0～5.26亿m3。

在9月回蓄的两种方案中，理论耗水率的范围为(4.08～4.11)m3/kW.h，在而10月开始回蓄的两种方案中，理论耗水率均为4.19m3/kW.h。

从水位到达正常蓄水位的时间来看，四种方案的时间范围是在9月下旬～10月下旬之间。

在9月回蓄的两种方案中，理论发电量的范围在(18.52～22.10)亿kW.h；而在10月回蓄的两种方案中，理论发电量的范围则是(19.22～22.54)亿kW.h。从四种方案来看，是否保证供水对于理论发电量的影响较弱。

在四种方案对应的各来水频率下，其理论发电量均超过投运以来汛期平均发电量17.49亿kW.h。最差来水方案对应的最少发电量为18.52亿kW.h，其汛期利用小时数为2437h，占比66.4%，超过了水库投运以来汛期的平均利用小时数2301h。

7 结语

从敏感性分析的结果看出，在理论条件下，2014年汛期发电形势良好。值得注意的是，汛期理论发电量多的方案未必一定是最佳方案，应结合其到达正常蓄水位的时间，推算出汛后枯水期三个月的发电量和电价差等情况来综合考虑，最终保证全年的发电效益最佳。敏感性分析虽然很有必要，但其由于存在变量参数的多样性和复杂性，而分析方法仅基于公式计算，而忽略了实际的客观条件和突发状况，所以此敏感性分析仅做为决策者的一项理论参考。

〔1〕李益民，段佳美.水库调度[M].北京：中国电力出版社，2003.

作者简介：

彭 睿(1980-)，男，成都人，助理工程师，硕士，主要从事水库调度工作；

蓝慧娟(1977-)，女，成都人，工程师，学士，主要从事水库调度及运行效益分析工作；

黄小丹(1982-)，女，成都人，工程师，硕士，主要从事水库调度及水文水资源研究工作；

滕 飞(1982-)，男，天津人，工程师，硕士，主要从事水工建筑物施工、检修、维护以及外包工程项目管理工作。

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防汛减灾

P333.1+P338.1

B

2095-1809(2015)01-0037-04

1 控制流域概况

紫坪铺水利枢纽工程位于四川省成都市西北60km左右的岷江上游,工程坝址以上控制流域面积22662km2，占岷江上游面积23037km2的98%；控制上游暴雨区的90%，能有效地调节上游水量、控制洪水和泥沙。

紫坪铺水库控制流域内地势西北和北部高、东南低，具有高原、山地地貌和山区河流的特点。河流全部流经高原和山区，茂县以下属松潘高原，地势高亢，海拔多在3000mm～4000m；松潘西陵关以下进入峡谷，但茂县至汶川段稍为开阔；以下河道穿越于海拔2000m～3000m的崇山峻岭之中，河谷深切，水面宽50m～100m，山高坡陡，滩多流急，总落差595m，比降6.6%，水能资源十分丰富。控制流域内主要河流有岷江，其支流有杂谷脑河、黑水河、渔子溪、小姓沟、寿溪、白沙河等十余条，多集中在岷江右岸，致使左右岸面积极不对称，左岸基本无产、汇流面积(见图1)。