两河口水库建成对下游梯级汛前消落水位的影响

黄光伦

摘要：随着两河口水库下闸蓄水，雅砻江中下游梯级水库调节能力增加约80%，对下游5个梯级电站运行方式影响较大。针对上述情况，从流域梯级电站投运水平影响开展分析研究，梳理了雅砻江梯级水电站的调度任务和基本调度方式，分析了流域水电站建设、电网建设及水资源管理等边界条件，建立了梯级水电站联合优化调度模型，选取5个动能指标，研究了两河口水库建成调蓄对下游梯级汛前消落水位影响趋势、程度和对动能指标的影响。结果表明：两河口水库建成后，锦屏一级水库在丰水年条件下减少了水库消落深度，增加了锦屏一级水库汛前发电水头;在来水偏枯时，锦屏一级水库增加了消落深度，加大了对下游4个梯级的补水力度。研究成果可为梯级水库优化调度提供参考。

关 键 词：梯级水电站联合优化调度; 消落水位; 动能指标; 两河口水库

中图法分类号： TV697.1   文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.01.005

0 引 言

雅砻江是金沙江最大的一级支流，也是长江的八大支流之一。根据2003年全国水力资源复查成果，雅砻江流域水力资源理论蕴藏量38 396 MW（占长江流域总量的13.8%），其中干流水力资源理论蕴藏量21 812 MW，占全流域56.8%。水电是技术成熟、运行灵活的清洁低碳可再生能源，经济、社会、生态效益显著。雅砻江流域水力资源丰富，动能经济指标优越，具有建成中国大型水电基地的条件。根据流域相关规划，雅砻江梯级不仅成为川渝电网调峰、调频最大的骨干电源点，而且成为国家实施“西电东送”战略可靠优质的电源点，肩负地区供电及“西电东送”的重任，其水资源科学高效利用对电力系统安全稳定经济运行意义重大。目前，雅砻江流域水电基地已初具规模，已建水电站众多。

目前，国内外学者在雅砻江流域开展了一系列的研究，但多侧重于流域径流[1]、暴雨洪水特性[2]、水资源配置[3-4]、跨流域调水[5-6]等方面，对于雅砻江流域水库群优化调度等方面开展的研究较少。2009年，舒卫民等[7]采用逐步优化算法模拟分析了考虑电网峰谷出力比约束的梯级水电站短期优化调度方法。随着智能优化方法日益丰富和成熟，一些学者将智能优化算法应用于雅砻江梯级水电站优化调度领域，包含改进POA算法[8]、改进蚁群算法[9]、隐随机联合函数[10]等。此外，陈鹏等[11]从实时优化的角度，提出了考虑水流时滞和区间入库不确定的流域梯级电站实时优化调度数学模型和求解方法。还有学者对雅砻江梯级水电站日发电计划编制策略[12]、联合运行水位控制方式[13]等方面开展了研究，分析了梯级电站运行对下游河流水文情势[14]、生态环境[15]等方面的影响。另一方面，王靖等[16]以锦屏一级、二滩梯级水库为实例，提出了面向闸门实际运行规则的多步次逐步优化算法的防洪调度模型。朱成涛[17]针对雅砻江流域防洪特点，从不同来水特性出发，提出了基于防洪库容总量控制的锦屏一级、二滩梯级水库优化蓄水策略。

但随着两河口水库下闸蓄水，雅砻江中游增加了龙头水库65.6亿m3的调节库容，雅砻江中下游梯级水库调节能力增加约80%，对下游5个梯级电站运行方式影响较大，亟需开展考虑两河口水库建成调蓄对下游梯级汛前消落水位的影响研究。因此，本文拟以揭示两河口水库建成前后下游梯级电站运行方式变化特征为目标，构建雅砻江中下游梯级水电站联合优化调度模型，重点分析两河口水库调蓄对下游梯级汛前消落水位的影响。

1 雅砻江中下游梯级水电站基本情况

根据国务院批准的《长江流域綜合规划（2012～2030年）》，雅砻江流域治理开发与保护的主要任务是水力发电、供水与灌溉、防洪、跨流域调水、水土保持和水资源保护等。《雅砻江流域综合规划（征求意见稿）》提出的干流治理开发的主要任务为：保护生态与环境，维护河流健康;适时适度开发水能资源，保障区域经济社会发展的能源需求;充分发挥梯级水库的综合利用功能，控制本河洪水，分担长江干流防洪;合理利用水资源，在保障本流域综合用水前提下合理分担南水北调西线工程调水任务。结合相关电力规划成果，雅砻江下游干流按五级梯级开发方案，即锦屏一级、锦屏二级、官地、二滩、桐子林。雅砻江中游（两河口至卡拉河段）推荐按“一库七级”开发方案，即两河口、牙根一级、牙根二级、楞古、孟底沟、杨房沟、卡拉。

目前，雅砻江中下游干流上已建成锦屏一级、锦屏二级、官地、二滩、桐子林等5座电站，总装机容量14 700 MW;正在建设两河口、杨房沟等2座电站，装机容量4 500 MW。

2 梯级水电站联合优化调度模型构建

为分析两河口水库建成后对雅砻江下游梯级汛前消落水位的影响，本次研究设置了两河口水库建成前和建成后两种情景，考虑从两河口、锦屏一级和二滩3个控制性水库基本调度方式出发，构建雅砻江中下游梯级水电站联合优化调度模型，通过对比分析两河口水库建成前后下游控制性水库锦屏一级和二滩水库汛前（6月、7月）水位运行变化趋势，计算分析两河口水库建成对下游梯级汛前消落水位影响趋势与程度，重点分析两河口水库调蓄对下游梯级汛前消落水位的影响。

2.1 控制性水库基本调度方式

雅砻江中游的两河口和杨房沟水电站分别于2014年和2015年开工建设，均在2021年下闸蓄水;下游锦屏一级、锦屏二级、官地、二滩、桐子林5个梯级水电站均已建成。其中大（1）型水库有3座，分别为两河口水库（调节库容65.6亿m3），锦屏一级水库（调节库容49.1亿m3），二滩水电站（调节库容33.7亿m3）。

2.2 目标函数

由上图分析可知，两河口水库建成后，锦屏一级全年最低运行水位均抬高了15 m;另一方面，两河口水库建成后，由于上游水库群调蓄能力增加，锦屏一级、二滩水库运行水位6～7月抬升速度明显减缓，充分利用6～7月来水增加梯级发电量，并减少7月梯级电站弃水。

3.2 对梯级水库汛前6～7月运行水位的影响

为了进一步分析不同来水条件下，两河口水库建成对锦屏一级、二滩水库汛前6月运行水位的影响，采用丰平枯不同来水条件的典型年，分析两河口、锦屏一级、二滩水库汛前6月水位运行过程（见图6～10）。

由上图分析可知，情景1中，当来水为平水或丰水条件时，锦屏一级水库6月消落深度较大，来水偏枯时，锦屏一级水库均维持接近防洪限制水位运行;典型丰水年（1991年）来水条件下，锦屏一级水库6月下旬运行水位消落至1 803 m;典型平水年（1982年）来水条件下，锦屏一级水库6月下旬运行水位消落至1 825 m;典型枯水年（1976年）来水条件下，锦屏一级水库6月下旬运行水位消落至1 855 m。两河口水库建成后，中下游梯级水库调节库容进一步增加，当来水为丰水条件时，两河口、锦屏一级水库均在6月加大了水库消落深度，来水偏枯时，两河口、锦屏一级水库均维持接近防洪限制水位运行。情景2中，典型丰水年（1991年）来水条件下，锦屏一级水库6月下旬运行水位消落至1 825 m;典型平水年（1982年）来水条件下，锦屏一级水库6月下旬运行水位消落至1 826 m;典型枯水年（1976年）来水条件下，锦屏一级水库运行水位6月下旬平均水位消落至1 849 m。

由此可见，两河口水库建成后（情景2），锦屏一级水库在丰水年条件下减少了水库消落深度，增加了锦屏一级水库汛前发电水头;在来水偏枯时，锦屏一级水库增加了消落深度，加大了对下游4个梯级的补水力度。

4 两河口水库建成对梯级水电站动能指标影响分析  考虑雅砻江下游5个梯级中除有调节性能的锦屏一级、二滩水电站之外，锦屏二级、官地、桐子林水电站装机容量合计7 800 MW，约占雅砻江下游5个梯级总装机容量的53%。为了更全面地分析两河口水库建成对下游梯级电站调度方式的影响，本文考虑锦屏二级、官地、桐子林水电站3个梯级为日调节能力，根据情景1和情景2调度成果，采用出入库平衡法进行长序列逐日发电调度估算，对比分析两河口水库建成前后下游梯级动能指标变化情况（见表1）。

由表可知，与情景1相比，中游控制性水利枢纽两河口水库建成后（情景2），充分发挥了龙头水库蓄洪补枯作用，雅砻江下游5个梯级总发电量增加8.9%，发电总用水量增加10.2%，5个梯级水量利用率增加5.2%～11.7%（由75.7%～89.1%增加至86.2%～95.2%），综合耗水率变化不大。在5个梯级中，锦屏一级、锦屏二级、二滩水电站发电量增加占比较大，合计约占80%～90%。

5 结论及展望

5.1 结 论

本文以雅砻江中下游梯级水电站为主要研究对象，在调研雅砻江干支流水电站规划、建设和调度任务的基础上，梳理了雅砻江梯级水电站的调度任务和基本调度方式，建立了梯级水电站联合优化调度模型，设置了两河口水库建成前和建成后两个调度情景，通过长系列模拟研究了两河口水库建成对下游梯级汛前消落水位的影响。研究结果表明：两河口水库建成前，当来水为平水或丰水条件时，锦屏一级水库均在6月加大了水库消落深度，来水偏枯时，锦屏一级水库均维持接近防洪限制水位运行。两河口水库建成后（情景2），锦屏一级水库在丰水年条件下减少了水库消落深度，增加了锦屏一级水库汛前发电水头;在来水偏枯时，锦屏一级水库增加了消落深度，加大了对下游4个梯级的补水力度。

5.2 展 望

本文探索了两河口水库建成对下游梯级汛前消落水位影响趋势与程度，但研究仅从两河口水库建设对下游梯级运行方式影响出发，尚未考虑汛期流域防洪任务及梯级水库联合优化拦蓄等因素。因此，还需进一步开展两河口、锦屏一级、二滩梯级综合调度研究。

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（编辑：谢玲娴）