具有发电灌溉双重任务水库的两级调节研究

李小红 刘 炜 周 霞

（江苏省水利勘测设计研究院，江苏南京 225009）

1 概述

担任发电、灌溉或工业及城乡供水双重兴利任务的水库，由于发电和灌溉的设计保证率以及灌溉引水方式不同，对于保证供水方式有其不同的要求和特点，一般将此类水库的供水方式称为两级调节。

1.1 影响发电灌溉两级调节的因素分析［1］

1.1.1 开发任务的主次

根据水库任务的主次，可分为以发电为主兼顾灌溉、以灌溉为主兼顾发电和发电灌溉并重三类。以发电为主的水库，灌溉用水比重较少，可以扣除灌溉用水后采用单一发电水库进行调节计算；对于以灌溉为主的水库，发电任务一般为获得季节性电能，在非灌溉季节以及自库内引灌的灌溉季节，为保证灌溉正常供水，可能停止灌溉电站工作，因此，这种情况也可按单一灌溉水库进行调度；关于发电灌溉并重的水库，则宜按照两级调度来进行水量分配。

1.1.2 不同的设计保证率

灌溉设计保证率一般比发电设计保证率低，因此，一般的供水原则为：对于灌溉设计保证率以内的年份，应先在满足发电、灌溉正常用水的前提下，增加发电效益；对以发电、灌溉两设计保证率之间的年份，灌溉降低供水，发电仍按保证电能正常供水；对于发电设计保证以外的年份，发电、灌溉均降低正常供水量。

1.1.3 灌溉引水

根据灌溉引水方式的不同，有库内引水和坝下引水两种：

（1）库内引水。灌溉和发电的用水不能结合，两者在水量的分配上存在着矛盾，对水库运行水位上也有各自的要求，水库调度过程中，发电和灌溉的水量分配应结合来水和工程开发任务的主次进行合理调节，尤其要注意结合具体情况处理引水灌溉对库水位的要求。

（2）坝下引水。发电和灌溉用水基本上是可以结合的，即发电后的尾水用于灌溉，且灌溉渠首引水位高程取决于发电的下游水位，此时发电量的增加和满足下游灌溉供水是一致的。

综上所述，对发电、灌溉双重开发任务的水库在制定具体的运行调度方式时，应根据开发任务的主次、不同的设计保证率以及引水方式的不同加以综合考虑。

1.2 方法及原理

两级调节计算是20 世纪开始至今仍广泛采用的解决两个部门设计保证率不同问题的调节计算方法，这种方法适用于两部门并重或用水量比重相差不大的情况，具体的调节计算方法有时历法、概率法、化算保证率法等［2］。

（1）时历法。首先，根据拟定的两部门不同设计保证率的正常供水要求，计算遭遇不同水文情况的年内需水过程。其计算原则是：当遭遇低设计保证率P2（如80%）以内的年份时，两部门均按正常要求供水，总供水量为Q2；当遭遇高、低设计保证率之间的年份时，适当降低低设计保证率部门的用水量，总水量为Q1（Q1＜Q2）；当遭遇高设计保证率P1（如90%）以外的年份时，即属于正常供水破坏年份，需同时降低两者的供水量。然后，以确定的需水过程与实测入库径流量进行长系列逐时段（月或旬）水量平衡计算。

（2）概率法。适用于多年调节水库，基本原理与一级调节计算相同，但需通过两级调节的需水保证率曲线逐年试算。

（3）化算保证率法。属概率法的一种简化计算。首先，根据两级调节需水保证率曲线和水量平衡原理，将两种设计保证率按（1）式化算为一个相当的保证率P化，然后，按高供水量及化算保证率采用一级调节的概率法（如查多年径流调节线解图）求得多年调节库容，按时历法求得年库容。

1.3 调度图的绘制

两级调节的水库调度图是指导水库运行的重要工具，灌溉引水方式不同，两级调度图的绘制也有所区别。笔者以某特定的水利枢纽阐述一般灌溉自库内引水的水库绘制两级调度图的方法。而对于自坝下引水的水库，因发电和灌溉能相结合，其调度图的绘制可以简化，可按自库内引水灌溉水库的两级调节调度图绘制的类似方法绘制，仅在水量平衡计算时，应比较各时段的发电和灌溉用水量，取其大者为该时段供水量，其他相同。

2 水库两级调度实例分析

2.1 工程概况

本文所涉及的某特定水库为一具有较好调节性能（年调节）的综合利用大型控制性水利枢纽工程，控制流域面积62550 km2，多年平均流量603 m3/s，多年平均径流量190 亿m3，水库正常蓄水位458 m，死水位438 m，汛期（6月下旬至9月初）防洪限制水位447 m。

本水库具有发电、灌溉双重开发任务（其中发电保证率90%，灌溉保证率80%），且灌溉任务繁重，为更有效地促进水资源利用，采用两级调节计算其水库调度图，以此作为水库运行的依据。

2.2 典型年的选择

2.2.1 灌溉典型年的选择

根据水库灌区长系列的灌溉需水过程资料，按年需水量进行排频。由于灌溉设计保证率为P=80%，故首先选取灌溉年需水量频率接近P=80%的年份，取2～3年，然后在这2～3年中选择对工程较为不利的年份作为灌溉典型年，并直接用其年径流量和年内分配作为设计年径流量与年内分配。按照此方法，采用1958年的灌溉需水过程作为水库的灌区灌溉典型年的需水过程，其各旬灌溉需水流量过程如图1 所示。

2.2.2 发电典型年的选择

按一级调度方式对本水库进行长系列电量计算，得到长系列的年发电量，按年发电量排频，选取1987年作为发电保证率P=90%的代表年。由于采用的是长系列的计算方法，其调节起始水位与两级调节计算中要求的不同，故应重新确定初始水位进行两级调节计算。在两级调节的计算过程中，只采用1987年的枯水期平均出力Np作为限制条件，而发电需水量过程需通过选择来水典型年经试算确定。

2.2.3 来水典型年的选择

在选择来水典型年的过程中，会出现有的年份年来水保证率低些，但是其水库蓄水位可能会比年来水保证率高的年份还要高些等情况，这是因为径流的年内分配规律不同所致。某些来水保证率高的年份汛期来水较多、蓄水期来水较少使得水库水位较低，而某些来水保证率较低年份，其蓄水期的来水较多使得库水位较高。因此，在选择典型年时，可采用无灌溉时一级调节长系列的年发电量结合天然来水量进行排频，这样既考虑了年来水总量，也考虑了来水的年内分配。

2.3 两级调节调度图的绘制

2.3.1 上调配线（P=80%）

图1 灌溉代表年各旬需水流量过程线

图2 水利枢纽两级调节调度图

按无灌溉时一级调度年发电量排频与按天然来水量排频，选择频率接近P=80%的2～3 个年份作为来水典型年，用典型年的来水过程扣掉灌溉典型年（即1958年）的灌溉需水量过程，再进行发电调节计算。计算过程采用试算法：本水库6月中旬为供水期末，即设定此时的水库水位为死水位，按保证出力Np进行等出力反时序调节，可得到所需的水库库容V1及水位过程。然后按6月中旬死水位进行顺时序调节计算，考虑到水库防洪调度要求，在6月中旬至8月下旬的调节时间段内，水库水位不得超过汛期限制水位，并遵循尽量不弃水的原则，采用最为不利的后蓄调节方法，即尽量利用汛期天然来水发电，保证蓄水期末的库容能满足供水期的供水要求即可，由此对每一来水典型年进行计算，最终得到典型年组的水库水位过程线，取其外包线作为两级调节的上调配线。

2.3.2 下调配线（P=90%）和限制供水线

按无灌溉时一级调度年发电量排频与按天然来水量排频，选择频率接近P=90%的2～3 个年份作为来水典型年，扣除掉灌溉典型代表年流量过程的7～8 折（本文取0.75），其调节过程与上调配线绘制相同，求得典型年组的水库水位过程线后，取其外包线作为下调配线，取其内包线作为限制供水线。

依据以上规则，本水库的两级调节调度图如图2 所示。

2.4 两级调度图的运用

两级调度的运用具体是指：对于灌溉保证率（P＝90%，下同）以内年份，应在首先满足灌溉、发电正常供水的前提下，增加发电效益；对于发电（P＝80%，下同）、灌溉两设计保证率之间的年份，灌溉降低供水（在灌溉用水的基础上0.75 折），发电仍按保证出力正常供水；对于特枯年份，即发电设计保证率以外年份，发电和灌溉均降低正常供水量。

运用得到的两级调度图对水库进行长系列调度计算，与采用一级调节的发电调度方式相比，可以增加多年平均发电量0.52 亿度，增幅0.2%，水量利用率也有了提高，增幅为0.5%，而且也满足了灌溉保证率的要求。

计算结果表明，对发电灌溉双重任务的水库采用两级调节调度，可以在充分利用水资源的同时，得到可观的经济效益。

3 结论

本文解决了在已知库容、死水位、正常蓄水位和保证出力等基本设计资料基础上，对具有灌溉、发电双重任务且两者保证率不一致的水库进行两级调节计算的问题。设计保证率为80%的灌溉用水过程为已知，而发电设计保证率为90%的用水量过程未知，成为两级调节计算的关键。针对此问题，以特定水库为研究实例，提出了选择来水典型年的方法，在绘制两级调度图的试算过程中，遵循两级调节的供水原则，以多发电、少弃水为目标，蓄水期采用了推迟蓄水的最不利措施。结果表明对于具有发电灌溉双重任务的水库，采用文中的原理和计算步骤进行两级调节调度，可以在充分利用水资源的同时，得到可观的经济效益。

［1］水利部长江流域规划办公室，河海大学，水利部丹江口水利枢纽管理局，合编.综合利用水库调度［M］.北京：水利电力出版社，1990：83-88.

［2］叶秉如.水利计算［M］.北京：水利电力出版社，1985：112.