受冰川影响条件下的水库调度对策研究

李 培

（四川川投田湾河开发有限责任公司，四川 成都 610213）

田湾流域梯级水电站的水库调度的来水预报受到贡嘎山南坡冰川的影响，增加了水库调度的工作量和难度。要解决此问题，首先是要查找、分析问题存在的原因，其次是建立切实可行解决问题的对策，最后进行实践验证。经实践验证，“受冰川影响条件下的水库调度对策”效果良好。

1 田湾河流域及梯级水电工程概况

1.1 流域概况

田湾河为大渡河右岸的一级支流，发源于贡嘎山西侧的康定县境。上游称莫溪沟，大致由北向南流，至子梅转向东南流，在魏石达上、下先后有贡嘎沟和腾增沟分别自左、右岸入汇后即称为田湾河。下行至界碑石进入石棉县境并有环河自右岸汇入，水量大增，继续向东南流至金窝下游1 km处的龚家沟口转向东北流，途经草科、田湾在两河口注入大渡河。干流河道全长84.5 km。全流域面积1 400 km2。

田湾河地理位置界于东经101°41’～102°11’、北纬29°12’～29°47’之间。流域左侧中上游以贡嘎山与磨西沟分水，下游与两叉河和什月河相连；右侧草科以下与瓦罗沟接壤，其余则与松林河为邻。按流域和河道特性划分，腾增沟口以上为上游，腾增沟口～界碑石为中游，界碑石以下为下游。

本流域中、上游一般都在4 500 m以上，有雪山、冰川分布，最高者为贡嘎山主峰，海拔达7 556 m；下游除草科以下高程较低外，一般分水岭高程亦在3 500 m以上。水流湍急是田湾河的一大特点，主河道巴王海（已成干海子）口至河口段河道平均坡降达44.2‰，而各支沟的坡降则更大。加之流域内岩石风化较甚，裂隙、崩塌、坡积皆很发育，为泥石流的形成创造了条件，致使本流域发生泥石流洪水的机率相当频繁，平均两三年即发生一次。

环河是田湾河最大的一级支流,集水面积392 km2。其上有一天然海子—仁宗海,海口控制集水面积332 km2。环河流域为无人区,植被覆盖良好,无人类活动,基本属完全的自然景观环境。环河仁宗海口至环河汇口河长5.8 km，平均比降达89.7‰。流域图详见图1。

图1 田湾河流域水系图

1.2 田湾河梯级水电工程概况

田湾河流域梯级电站共规划为一库三级，一库是仁宗海水库，以下依次为：金窝和大发梯级水电站工程。仁宗海电站大坝为堆石坝，坝高69 m，坝/闸址控制集水面积332/566 km2，水库总库容1.12亿m3，调节库容0.91亿m3，水库具有年调节能力；金窝电站坝型为底格栏栅坝，坝高5.5 m，坝址控制集水面积1 060 km2，库容很小，仅具有区间日调节能力。

仁宗海电站为混合式开发的电站，是田湾河规划梯级中的第一级，坝址位于环河下游仁宗海海子出口附近，距界碑石约5.8 km，集水面积332 km2。

金窝电站位于田湾河中段（界碑石～喇嘛沟口），是田湾河规划梯级中的第二级，坝址控制集水面积1 060 km2。该河段长11.9 km，落差691 m，平均比降58.1‰。

大发水电站位于田湾河下段，是田湾河规划梯级中的第三级，坝址以上流域面积1 162 km2，多年平均流量35.3 m3/s；正常蓄水位1 691.56 m，最低运行水位1 686.87 m，调节库容5.73万m3，日调节能力；电站水轮机安装高程1 177.30 m，单机额定引用流量29.0 m3/s，最大引用流量58.0 m3/s；电站最大水头513.8 m，最小水头482 m，额定水头482 m，安装2台120 MW水斗式水轮发电机组。

2 查找和分析问题存在的原因

2.1 查找问题

田湾流域梯级水电站龙头水库（仁宗海水库）的水库调度的来水预报从2009年至今其预报的入库径流成果精度不高，特别是在夏天和秋末的预报入库径流成果误差较大，甚至出现违背天降雨地产流的物理因果关系。比如：有时降水量大，产流少；有时降水量少，反而产流多。

2.2 分析原因

有时降水量大，产流少；有时降水量少，反而产流多。这个问题的主要原因是受贡嘎山南坡冰川降水冻积或冰川融雪的影响，而降水冻积或冰川融雪的主要原因是受温度影响。

3 建立切实可行解决问题的对策建模

田湾流域梯级水电站龙头水库（仁宗海水库）的水库调度的来水径流预报模型是采用降雨产流的水文学方法与温度影响降水冻积或冰川融雪的数学模型法相结合建立起来的。

图2 研究方法总体流程

3.1 水文学方法

水文学方法是依据实测降水、流量资料经过产流和汇流分析计算后得出入库径流预报预见期内的预报值。

式中：

t—τ=1 h的预报目标时间，即洪水到达控制断面的时间；

τ—降雨径流汇集到控制断面的时间，这里取1 h；

P—降雨；

Q预报(t)—t时刻的预报流量；

Q引（t-τ）—(t-τ)时刻引田入环的流量；

Q仁（t-τ）—(t-τ)时刻仁宗海水文站的流量;

Qp（t-τ）—(t-τ)时刻降雨形成的流量（依据径流系数演算而得）。

3.2 数学模型法

加入预报温度因子是应对“田湾流域梯级水电站的水库调度的来水预报受到贡嘎山南坡冰川的影响”对策的关键，温度的升高、降低是造成“有时降水量大，产流少；有时降水量少，反而产流多”主要原因。

数学模型法主要是用降水预报、洪水预报预见期内的预报值作为预报因子与预报对象，同时把温度加入进行对比分析反演模拟得到的预报对象值。

式中：

Q(t)T—考虑受温度（T）影响对策纠偏处理后的预报来水值；

α1—考虑受温度（T）影响对策纠偏处理后(t-τ)时刻引田入环流量的吻合系数，它可以是确定系数或不稳定的渐变系数；

α2—考虑受温度（T）影响对策纠偏处理后(t-τ)时刻仁宗海水文站的流量的吻合系数，它可以是确定系数，也可以是不稳定的渐变系数；

α3—考虑受温度（T）影响对策纠偏处理后(t-τ)时刻降雨形成的流量的吻合系数，它可以是确定系数或不稳定的渐变系数。

3.3 来水期望预报值

（3）式即（1）与（2）之和在实际演算中吻合系数（α1、α2、α3）使（2）式尽可能符合洪水过程的变化规律，得到更好的预报值，以提高水库调度的来水预报精度。数学模型流程见（图3）。

图3 数学模型流程

建立预报方程（1）、（2）式采用温度变化大和降雨产流反差明显之时段的水文资料为研究样本，引田入环流量站、仁宗海水文站为入库站，降雨径流依据径流系数演算而得。入流预报可靠性以≤±20%的相对误差为合格，其合格率为97.7%；以≤±15%的相对误差为合格，其合格率为88.4%；以≤±10%的相对误差为合格，其合格率为79.1%。

4 模型的检验

为检查所建模型的有效性和可靠性，根据水利电力部关于《水文情报预报规范》要求，用田湾河流域水文站的洪水作为随机样本进行模式检验，检验方法采用确定性系数dy进行[8]。

式中：

SC—预报误差的均方差；

σy—预报要素值的均方差；

用预报误差与预报要素进行统计，得SC=8.3,σy=92.8，dy=0.97，检验结果该模型的有效性为甲等。

5 入库预报模拟

挑选暴雨强度大、降雨历时长同时降雨预报较理想的2015-8-28～30日暴雨洪水进行洪水预报模拟，预报成果详见表1。

表1 续

表1 田湾河流域2015年8月28～30日入库流量预报过程

例：表1第（7）列 中 的29日01时 洪 峰 预报 值71.5 m3/s的 预 报 过 程。（7）=（4）+（5）+（6）=19.5+48.3+3.8=71.5。其中（6）3.8 m3/s，就是气温高冰川融雪径流。

6 结语

田湾流域梯级水电站的水库调度的来水预报受到贡嘎山南坡冰川的影响，增加了水库调度的工作量和难度。要解决此问题，首先是要查找、分析问题存在的原因，其次是建立切实可行解决问题的对策，最后进行实践验证。经实践验证，“受冰川影响条件下的水库调度对策”效果良好。可作为类似江河流域水电站工程的水库调度工作借鉴和参考之用。