（水文学及水资源专业论文）安康水电站能量指标复核及调度规则研究.pdf

摘要 论文题目：安康水电站能量指标复核及调度规则研究 学科专业：水文学及水资源 研究生：李子婷签名： 指导教师：黄强教授签名： 畅建霞副教授签名： 摘要 水电站运行多年以后，特性值已经发生了改变，需要对其能量指标进行复核。本文结 合安康水电站流域自然条件改变的实际情况，以安康水电站为研究对象，分析了水库特性 值改变对能量指标的影响，采用新资料进行能量指标复核，并依据动态规划算法建立了安 康水库优化调度模型，采用动态规划计算结果，将来水超越几率引入到水库的调度问题中， 并应用不同方法研究了水库调度规则。论文的主要研究内容和取得的研究成果如下： ( 1 ) 建立安康水库能量复核模型。定量分析安康水电站特性指标改变对能量指标产生的影 响。以保证水电站最优运行为准则，分别采用新、旧资料对水电站动能指标进行复核。 ( 2 ) 采用动态规划算法，以安康水电站发电量最大为目标函数，在满足约束条件下确定各 个时段的发电量，组成一个决策序列，最终得到水电站长系列优化调度结果。 ( 3 ) 单一水库的调度规则有多种计算方法，本文绘制了常规调度图，并将超越几率的思想 引入到调度规则归纳中，为水库优化调度图的研究提供了一种全新的思路，有助于解决常 规方法的不能针对面临时段豹来水流量进行调度的坶题。 ( 4 ) 采用二元线性回归和逐步回归方法，分别建立了安康水库的调度函数。用1 0 年的资 料分别对上述规则进行了检验。研究了数据挖掘方法如何应用于水库调度规则的提取，将 传统推求水库蔼度规则的闯题转化为一个模式关系的数据挖掘问题。主要选取调度时段、 天然径流量、水库蓄水量3 个特征属性作为下一步数据挖掘的基本数据集，采用决策树算 法进行了数据挖掘计算，并与传统的线性回归获得的调度函数和调度图模拟的长系列结果 进行了比较分析。结果表明数据挖掘方法用于水库调度规则的提取是合理有效的，其准确 率更高。 关键词：安康水电站；能量指标复核；水库优化调度；动态规划；调度图；超越几率； 数据挖掘；决策树 葑盔鼙越噼 t i t i e ：e n e r g yg u l d e l i n e sc h e c k i n ga n dd l s p ，q h i n gr u l e s o fa n k a n gh y d r o p o w e rs t a t i o n m a j o r ：w a t e rr e s o u r c e s a n dh y d r o l o g y n a m e ：z i t i n gu s i g n a t u r e ：z ：奎孕z f s u p e j s o r = p r o f i q j a n gh u a n g s j g n a t u r e 掣锣 a s s o c i a t e p r o f j i a n x i ac h a n gs l g n a t u r e ： ；o , , x ；o , h y d r o p o w e rs t a t i o na r en o wf a c i n gt h ee n e r g yg u i d e l i n e sc h e c k i n gs i n c ei th a si c ；k l n ei n t o o p e r a t i o nf o rm a n yy e a r s i nt h i sp a p e r , c o n s i d e r i n gt h ea c t u a lc o n d i t i o n s o fa n k a n g h y d r o p o w e r sr i v e rb a s i nc h a n g e s ，t a k i n ga n k a n gh y d r o p o w e ra sr e s e a r c h e do b j e c t , t h ee f f e c to n t h ee n e r g y g u i d e l i n e sw a sa n a l y s e db yc h a n g e so fh y d r o p o w e rs t a t i o n s c h a r a c t e r i s t i c v a l u e s e n e r g yg u i d i l i n e sw c r ec h e c k e db yu s i n gn e wd a t a , a n dc l a s s i c a ld y n a m i cp r o g r a m m i n g w a sa p p l i e dt ob u i l da n k a n go p t i m i z a t i o n s c h e d u l i n gm o d e l , i n t r o d u c i n gi n f l o we x c e e d p r o b a b i l i t yi nt h eo p t i m i z a t i o nc o u i $ co fs i n g l er e s e r v o i ro p e r a t i o n ，d a t am i n i n ga l g o r i t h mw a s a d o p t e dt oe x t r a c tr e s e r v o i ro p e r a t i o nr u l e s t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea s f o h o w s ： ( 1 ) t h ee n e r g yg u i d e l i n e sm o d e lw a sb u i l tf o ra n k a n gh y d r o p o w e rt ok n o wt h ei n f l u e n c e o nt h ee n e r g yg u i d e l i n e sb yc h a n g e so fh y d r o p o w e rs t a t i o n sc h a r a c t e r i s t i cv a l u e sb yq a n t i t a t i v e a n a l y s i s o nt h ep r i n c i p l eo fh y d r o p o w e rs t a t i o no p t i m a lo p e r a t i o n , t h ee n e r g yg u i d e l i n e sw e r e ： c h e c k e db yo l da n dn e wd a t a ( 2 ) ac o m p a r i s o no fr e s e r v o i ro p e r a t i o nr e s e r v o i ra l g o r i t h m sw a sd i s c u s s e d , t h e n m a x i m i z i n gt h ep o w e rg e n e r a t i o na st h eo b j e c t i v ef u n c t i o nb a s e d d y n a m i c o 伊踟i l l 舀 c a l c u l a t i n ge n e r g yo u t p u tu n d e rr e s t r i c t i o n s a td i f f e r e n tt i m ea n db u i l d i n ga no p t i m i z a t i o n s e q u e n c e ，t h er e s u l to f l a s t i n gs e r i e so p t i m a lo p e r a t i o nr e s u l t sw e r eo b t a i n e da tl a s t ( 3 ) t h e r ew e r em a n yc a l c u l a t i n gm e t h o d so nd i s p a t c h i n gr u l e sf o rs i n g l eh y d r o p o w e rs t a t i o n ， o nt h eb a s i so ft h er o u t i n e o p e r a t i o nc h a r to fh y d r o p o w e rs t a t i o n , i n t r o d u c i n gi n f l o w e x c e e d a n c ep r o b a b i l i t yi n t ot h ed i s p a t c h i n gr u l e ss t u d y , i tw i l lp r o v i d ean e wt h o u g h tf o r 2 o p t i m i z a t i o no p e r a t i o nc h a r ta n dw i l lb ea d v a n t a g e dt os o l v et h ed e f i c i e n c yo fr o u t i n em e t h o d s n o tc o n s i d e r i n gt h ec u r r e n tp e r i o dr u n o f f ( 4 ) f r o mt h er e s u l t so fl a s t i n gs e r i e so p t i m a lo p e r a t i o n , t h em l e so fr e s e r v o i ro p e r a t i o n w e r es u m m e da n dd i s p a t c h i n gf u n c t i o n sw e r er e c e i v e de v e r yd e c a d eu s i n gs t e p w i s er e g r e s s i o n a n dt w ov a r i a b l el i n e a rr e g r e s s i o n c a s ea sa n k a n gh y d r o p o w e r , d a t am i n i n gw a sa d o p t e di n t o r e s e r v o ko p e r a t i o nr u l e se x t r a c t i o n g e n e r a t i o nr e s e r v o i ro p e r a t i o nr u l e sw e r ed e t e r m i n e da t ； s e v e r a lm o d e s ，s ot r a n s l a t i n gt r a d i t i o n a ll z s e r v o i ro p e r a t i o nm l e se x t r a c t i o np r o b l e mi n t od a t a m i n i n gp r o b l e m t h r e ec h a r a c t e r i s t i ca t t r i b u t e so fo p e r a t i o np e r i o d , i n f l o wa n dr e s e r v o i rs t o r a g e w e r ec h o s e nt om a k eb a s i cd a t a s e to fd a t am i n i n g d e c i s i o nt r e ew a sa d o p t e dt oc a l c u l a t i o n ，a n d c o m p a r e dw i t ho p e r a t i o nc h a r ta n do p e r a t i o nf u n c t i o nr e s u l t sb yl i n e a rr e g r e s s i o n i ts h o w st h a t i ti sv a l i dt o a d o p td a t am i n i n ge x t r a c t i n gr e s e r v o i ro p e r a t i o nr u l e sa n di th a sh i g h e re x a c t e f f i c i e n c y k e y w o r d s ：a n k a n gh y d r o p o w e rs t a t i o n ；t h ee n e r g yg u i d e l i n e sc h e c k i n g ；r e s e r v o i ro p t i m i z a t i o n s c h e d u l i n g ；d y n a m i cp r o g r a m m i n g ；o p e r a t i o nc h a r t ；e x e e e d a n c ep r o b a b i l i t y ；d a t am i n i n g ； d e c i s i o nt r e e 3 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：签幽幸f 弓月五1 日 学位论文使用授权声明 本人签墨矗在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 j 已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 砥安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生e 交的 学位论文，可以将学位沦文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：鲻导师签名：2 司年岁月2 日 1 绪论 1 绪论 1 1 研究的目的意义 水电站多年运行后，流域自然条件已发生了改变，水库泥沙的带状淤积和人们对下游 河道的治理，使入库径流、洪水特性、下垫面条件、以及水库天然径流发生变化，同时水 电站的库容曲线、下游水位流量关系曲线等特性值也有了一定的变化。为了制定适合现状 的常规调度及防洪调度方案，使水库获得更大的效益，就必须对水库的发电指标和防洪能 力进行复核分析，同时研究水电站在新的特性曲线下的规则，以指导水库运行，为制定水 电年度生产计划提供依据。 我国是一个水能资源十分丰富的国家，自1 9 4 9 年以来修建了许多大中型水电站，现 已积累了相当丰富的运行管理经验。2 0 0 4 年，全国已累计建成各类水库8 5 1 6 0 座，水库 总库容达5 5 4 2 亿m 3 ，电站建成以后只有- 4 , 部分已开展了水库的能量指标复核工作，并 取得了相应的效益。因此，在我国开展电力系统水库的能量指标复核，对于提高水库 综合利用效益，充分利用水能资源，增加发电量，节约火电煤耗，具有重要的意义。 对于变化条件下水电站能量指标的复核，首先要进行电站能量指标影响因素分析。主 要有天然径流系列影响分析、水位库容关系曲线影响分析、下游水位流量关系曲线影响分 析、上游小水电影响分析、扩大装机容量影响分析、电站综合出力系数影响分析等。通过 分析研究，找出内、外因及主、客观因素，然后参照电站设计运行工况定量分析备因素的 影响程度。 。 中国的水能资源居世界首位，水电能源的开发利用前景广阔，但日益严重的水资源短 缺呼唤着更加高效的水资源管理，水库优化调度作为水资源管理的一个重要内容一直倍受 关注。水电站水库优化调度的目的一般是制定优化调度规则，指导水电站的运行，从而获 得较好的效益。“1 不论是中长期还是实时水库调度都依赖于既定的调度规则，调度规则是 指导水库运行的有效工具。随着新方法不断引入到水库调度之中，处理水库调度的多目标、 多变量、非线性的能力日益增强，人们期待水库调度能考虑更多的影响因素，利用更大范 围的信息量，且能融入决策者的经验与知识，这些都对调度规则的获取提出了更高的要求。 本论文结合安康水库，主要研究日的如下： ( 1 ) 考虑到年调节水库多次应用的特性，结合安康水电站实际情况，建立水库能量指 标复核模型，分析不同条件改变下对能量指标的影响，并对现有条件下的水库能量指标进 行复核。 ( 2 ) 建立单库优化调度模型，寻求最优的调度策略，为制定水库调度规则奠定基础。 ( 3 ) 基于安康水库优化调度的研究结果，采用不同方式表达调度规则，如绘制调度图， 推求调度函数，采用数据挖掘算法进行水库调度规则的提取研究，为水库调度规则研究提 西安理工大学硕士学位论文 供新的方法。 1 2 国内外研究现状 1 2 i 水电站能量指标复核现状 水电站能量指标复核实质上是水电站建成以后对发电量的后评估“1 。这项工作始于 1 9 8 1 年，当时原水利水电建设总局发文要求有关设计单位每隔5 年对所设计的水电站发 电效益进行一次复核。由于各种原因，实际上复核未达到预期的目标。1 9 8 7 年原水电部 生产司为实行水力发电节水增发电量奖励试行办法“1 ，征得原水利水电规划设计总院 同意，将这一任务下达给南京水文水资源研究所，历时3 年，复核了8 7 座电站。”11 9 9 4 年原电力工业部安全生产司又下发了复核1 3 座水电站的通知，加上其他单位和与电厂直 接联系复核的，合计复核的水电站已超过1 0 0 座。 水电站的能量指标主要有发电量，保证出力，能量指标的复核则主要是对水电站建成 运行后若干年条件变化对指标影响的评估。水电站的发电量是有关部门制订水电站年度生 产计划的依据，设计时计算的发电量仅是个设计值。一是因为有些电厂未做机组效率试验， 用电厂运行记录反推的出力系数不确切；做了试验的，又没有用效率试验资料对耗水率曲 线进行修正，使发电流量值精度不够；二是径流调节时段长，特别是汛期有弃水时，计算 的发电量偏大；三是没有考虑水电站的调峰运行特点，按调度图操作求得的发电量比按调 度图结合调峰操作的也偏大较多，原因是水电站调峰要损失部分电量“1 。因此，电站运 行后，有必要对发电量进行复核。 1 2 2 水库优化调度研究综述 水库常规调度以调度规则为依据，利用径流调节理论和水能计算方法来确定满足水库 既定任务的蓄泄过程。常规调度虽然简单、直观，但调度结果不一定最优，而且不便于处 理复杂的水库调度问题。优化调度则是以运筹学为理论基础，建立以水库为中心的水利水 电系统的目标函数，拟订其应满足的约束条件，然后用现代计算技术和最优化方法求解由 目标函数和约束条件组成的系统方程组，寻求满足调度原则的最优调度方式或方案。它是 近5 0 年来得到较快发展的一种水库调度方法，是在常规调度和系统工程的一些优化理论 及其技术基础上发展起来的。优化调度可在保护水库安全可靠的条件下，解决各用水部门 之间的矛盾，满足其基本要求，利用水库调度技术，经济合理地利用水资源及水能资源， 以获得最大的综合利用效益。 ，早在上世纪四十年代m a s s e ”1 就提出了水库优化调度问题，但直到五十年代，系统 分析、优化模型的引入以及计算机技术的发展才使得水库调度问题在理论和应用研究上取 1 绪论 得了长足的进展。l i t t l e ，j d c ( 1 9 5 5 ) 采用马氏过程原理建立的水库调度随机动态规 划模型是水库优化调度开创性的研究成果“1 。上世纪六、七十年代初期，国外陆续发表 的研究成果表明单一水库优化调度的马氏决策规划模型己日趋完善。h o w a r d ， r 八 ( 1 9 6 0 ) 提出了动态规划与马尔柯夫过程理论( m d p ) ，使水库优化调度从理论上得到进 一步完善，解决了以前模型很难达到多年期望效益最大和满足水库系统可靠性要求的理论 性缺陷“。l o u c k s 等( 1 9 7 0 ) 提出无折扣、马氏决策规划模型的策略迭代法”。a s l c w ( 1 9 7 4 ) 用概率约束代替机会约束进行随机型模型研究n ”。r o s s m a n l ( 1 9 7 7 ) 将l a g r a n g e 乘子理论用于随机约束问题的动态规划解，使破坏的期望值被约束在一个常数以下”。 y o u n g g k ( 1 9 6 7 ) 研究了确定性来水条件下的水库优化调度d p 法。h a l l w a 和s h e p h a r d r w ( 1 9 6 7 ) 用确定性动态规划对美国加里福尼亚州的s h a s t a 电站进行优化计算，获得 了较为满意的效果“”。 我国开展单一水库优化调度的研究与应用始于上世纪6 0 年代。吴仓浦( 1 9 6 0 ) 首次 提出了年调节水库的最优运用d p 模型。谭维炎、黄守信( 1 9 6 3 ) 根据动态规划与m a r k o v 过程理论，建立了一个长期调节水电站水库的优化调度模型，并在狮子滩水电站的优化调 度中得到应用“”。张勇传、熊斯毅等( 1 9 7 9 ) 在建立柘溪水电站水库优化调度模型时，节 用时空离散简单m a r k o v 过程描述径流过程，面临时段入流则由短期预报提供，寻优方法 采用可变方向探索法，虽然绘制优化调度图仍用b e l l m a n 最优化原理，但由于引进了惩罚 项，因而提高了调度图的可靠性t i t | 。同年，董子敖等人( 1 9 7 9 ) 在研究刘家峡水电站水 库优化调度时，提出了国民经济效益最大的目标函数，在寻优技术方面，采用了满足保证 率要求的改变约束法，以控制破坏深度“”。施熙灿、林翔岳等( 1 9 8 2 ) 在研究枫树坝水 电站优化调度时，提出了保证率约束下的m a r k o v 决策规划模型“”。张勇传、傅昭阳等人 ( 1 9 8 3 ) 提出了建立在对策论基础上的水库优化调度图“”。同年，鲁子林等( 1 9 8 3 ) 应 用增量动态规划，并结合短期洪水预报模型，实施了富春江水电站的优化调度，获得了平 均每年增发电能2 4 7 0 万k w h 的效益“。王厥谋等( 1 9 8 5 ) 为对汉江中、下游洪水进行 最优控制，建立了丹江口水库防洪优化调度模型，目标函数为各种控制目标的罚函数之和， 最优策略的求解方法采用线性规划法| 2 2 - 2 5 1 董子敖1 9 8 9 年提出的计入径流在时间、空闯 相关关系的多目标多层次优化数学模型以及随后提出的分级多层次优化模型；陈守煜等在 2 0 世纪8 0 年代研究提出了水电站水库群模糊优化调度模型n ”；西安理工大学沈晋、颜 竹秋教授领导的研究室在应用大系统递阶控制理论方面独具特色| 2 7 j ；韦柳涛、胡铁松等 提出的水库调度人工神经网络模型汹等。这些大多都是通过建立优化模型来求解，其优 化的目标函数也主要有两类：一是以库群多年电能最大为目标，二是以系统年费用最小为 目标，模型既有确定性的，也有随机型的。随着研究的不断深入，研究的目标逐渐由单目 标扩展到了多目标。研究对象由单库扩大到了多库乃至整个流域或系统的库群，其模型也 由单一模型发展到了组合模型。近年来，又把系统辩识思想运用到了水库调度研究中，将 随机动态规划与常规调度方法有机结合，为水库调度研究提供了一个新的理论框架。 西安理工大学硕士学位论文 水库调度的数学模型形式很多，按不同的方法可以有不同的分类。按数学模型的基础 可分为动态规划模型、模拟模型以及大系统分解协调和聚合分解模型 2 9 1 。 长期优化调度通常使用的就是发电量最大模型，这个模型可用动态规划法求解”。 动态规划是用于确定多阶段决策过程之最优策略的一种数学方法，动态规划模型是求解水 库群优化调度的种最常用、最基本的模型。它具有概念清楚、易编程序等优点。该方法 存在的一个主要问题就是计算工作量较大，占用计算机内存较大，当时段和状态划分得很 细时，其相应指标呈指数倍增加，若用于库群优化调度时，此不足显得更突出，即所谓的 “维数灾”问题13 1 1 ) 为此在基本动态规划模型的基础上，研究出了许多改进模型，如增 量动态规划模型、离散微分动态规划模型、逐次逼近动态规划模型、逐次逼近增量动态规 划模型、逐步优化以及随机动态规划模型m ，、机遇约束动态规划模型、遗传算法、粒子 群算法等新方法。解建仓、田峰巍等提出水资源调度管理决策支持系统及人工神经网络 方法的决策智能化方法；汹。西安理工大学的黄强等提出了水库调度的智能决策支持系 统，并在黄河上游梯级水电站水库群、汉江梯级水电站水库群调度中得到了应用；3 ”西 安理工大学张双虎、黄强将遗传算法与系统模拟相结合，提出了基于模拟遗传混合算法制 定梯级水库优化调度图的理论及方法，并以乌江上游梯级水库为研究对象，进行实例分析， 绘制了梯级水库优化调度图。哺1 徐刚、马光文等提出了水库电站优化调度中的蚁群算法， 利用蚂蚁群体相互协作机制寻找水库优化调度问题的最优解。3 “州 1 3 研究的主要内容及技术路线 1 3 1 研究的主要内容 为了充分合理利用汉江流域丰富的水能资源，发挥水库调节优势，本论文对安康水电 站进行能量复核研究，寻求水电站发电调度优化方案，制定优化调度规则，为安康水电站 的运行管理提供科学、可靠的依据。研究的内容主要包括： ( 1 ) 在变化条件下对水电站的能量指标进行复核 以安康水电站为例，根据新的水库电站的特性曲线和径流资料，对电站的发电指标和 防洪能力进行复核计算。 a 等流量调节或等出力调节水能计算模型 根据等流量调节或等出力调节原理建立安康水库水能计算模型，通过长系列演算，得 到发电指标：保证出力和多年平均发电量。 b 发电指标复核 分别利用新、旧水库特征曲线和长系列径流资料，根据常规水能计算模型计算安康水 库发电指标，并与设计值进行对比分析。 ( 2 ) 水库优化调度模型的建立和求解 1 绪论 水库优化调度模型的建立和求解，寻求最优调度策略。 ( 3 ) 调度规则的研究 a 水库常规调度图的绘制 b 水库优化调度图的绘制 c 调度函数的研究 d 采用数据挖掘中的决策树算法进行水库调度规则的提取研究，并与调度图进行比 较。 ( 4 ) 总结与展望 1 3 2 研究的技术路线 本次研究以安康水电站为例，在变化条件下建立等流量计算模型对水电站保证出力、 发电量进行复核以指导电站运行。为了适应水电站实际运行情况用动态规划方法建立发电 效益最大模型，并应用调度图、调度图、调度函数、决策树等方法研究水库，最终得出调 度方案。考虑到本次研究的复杂性及国内外研究进展情况，本研究拟采取的技术路线如图 l 所示： 图1 - 1 研究技术路线图 s l g 1 1s k e t c hm a po fr e , c l i n i c a lr o u t e 西安理工大学硕士学位论文 1 4 研究的难点和创新点 1 4 1 研究的难点 ( 1 ) 由于安康水电站天然来水不规律，因此水库具有多次运用的特点，研究中需在常 规等流量模型基础上进行改进，采用v i s u a lb a s i c 语言编程。 ( 2 ) 如何充分利用来水信息，注重于对实际问题的探讨，从中得出水库发电调度的规 律，并绘制成优化调度图以便实际操作。 ( 3 ) 采用数据挖掘中的决策树算法进行水库调度规则的提取也是本研究的难点之一。 1 4 2 研究的创新点 ( 1 ) 考虑到入库流量的随机性，通过分析年内不同时段来水情况，然后再对众多年的 来水资料进行调度寻优，找出对应于不同来水几率下多年的最优运行轨迹，然后分析总结 该时段来水为该几率时的水电站最佳出力值，绘制点e 调度图。 ( 2 引入数据挖掘中的决策树算法进行水库调度规则的提取，为确定水库调度规则提 供了一种新的方法。 s 2 基本资料 2 基本资料 2 1 流域概况 汉江是长江中游最大的一级支流，发源于陕西省宁强县秦岭南麓的潘家山，由西向东 流经汉中市辖的勉县、汉中、城固、洋县和安康市辖的石泉、汉阴、紫阳、安康、旬阳、 白河等县，于白河县流入湖北省境内，在武汉市汉口注入长江，全长1 5 6 7 k m 。其中陕 西省境内长7 0 9 k i n ，占汉江干流全河段的4 5 ，在陕西省境内流域面积6 1 9 5 9k m 2 ，占汉 江全流域面积3 7 。 汉江流域大多为山地和丘陵，其中山地占5 0 ，丘陵占4 5 ，平原占5 。北部以秦 岭山脉与黄河流域分界；东北部以伏牛山与淮河流域分界：南部以米仓山、大巴山与嘉陵 江分界；东南为广阔的汉江平原，无明显分水界限。整个流域呈西北高东南低，干流总落 差l l1 4 m ，可利用落差2 5 9 m ，河床平均比降1 7 6 7 0 0 ，落差主要集中在于流中上游陕西境 内。 汉江上游流域支流密布，北岸主要支流有褒河、胥水河、子午河等，多发源于秦岭山 区；南岸主要支流有牧马河、任河、大道河、岚河等，多发源于大巴山区。 流域气候温和，多年平均气温1 4 1 6 ，雨量充沛，多年平均降雨量为8 0 0 m m 左右， 由于季风气候的控制，降水在年内分配很不均匀，夏秋两季降水量占全年降水量的8 0 ， 尤以6 9 月降水量最大，占全年降水量的6 0 左右，冬春两季降水量只占全年的2 0 左 右。汉江流域陕西段水资源丰富，多年平均径流量2 6 0 亿m 3 ，占全省年总径流量的6 0 。 2 2 安康水电站水库概况 安康水库位于汉江上游陕西省境内，是一座以发电为主，兼顾防洪、航运等综合利用 的大型水利枢纽。坝址火石岩位于安康市城西1 8 k m 处，控制流域集水面积3 5 7 0 0 k m 2 ， 且坝址下游与安康市区间有月河汇入。地理上属南北过度的亚热带地区，夏季受太平洋付 高控制，多暴雨。由于流域内水系条件较为特殊，常遇降雨往往形成稀遇洪水。 安康水力发电厂于1 9 8 2 年l o 月筹建，1 9 9 0 年1 2 月1 2 日首台机组投产发电，1 9 9 2 年1 2 月2 5 日全部投产。安康发电厂的投产发电，缓解了陕西供电紧张的局面，使陕西电 网水电比重有了大幅度的增长，提高了陕西电网的调峰、调频能力，增加了事故备用容量。 电站装机容量8 5 万k w ，其中四台大机为4 2 0 万k w ，一台小机为5 万k w ，多年平均发 电量为2 8 k w h 。 安康水库为不完全年调节水库，总库容为3 2 亿m 3 ，其中死库容为1 1 1 3 亿m 3 ，兴 利库容为1 4 7 2 亿i l l 3 ，最大调洪库容为9 。8 亿m 3 ；水库死水位为3 0 5 o o m ，正常蓄水位 西安理工大学硕士学位论文 为3 3 0 o o m ，防洪限制水位3 2 5 o o m ，设计洪水位3 3 3 o o m ，校核洪水位3 3 7 3 3 m ，水 库预留有3 5 亿m 3 的防洪库容。泄洪设施有五台机组、五个表孔、五个中孔、四个底孔。 表孔底高程3 1 3 o o m ，最大泄量1 8 9 8 0 o o m 3 s ：中孔底部高程3 0 5 o o m ，最大泄量 1 2 2 8 7 o o m 3 s ；底孑l 高程3 0 0 o o m ，最大泄量4 8 3 5 o o m 3 s 。合计最大泄量为3 7 4 7 4 0 0 m 3 s 。 大坝按千年遇设计，万年遇校核。千年一遇洪峰流量为3 6 7 0 0 o o m 3 s ，万年一 遇洪峰流量为4 5 0 0 0 o o m 3 s 。襄渝铁路的防洪标准为百年遇洪水，且水库水位不得超 过3 3 0 o o m ；下游安康市防洪标准为二十年一遇洪水，若发生五年一遇洪水，水库控泄 1 2 0 0 0 o o m ，发生二十年一遇洪水下泄不能超过1 7 0 0 0 o o m 3 s 。 2 3 径流资料 2 3 11 9 5 4 年7 月1 9 9 0 年6 月径流系列资料 安康水电站水库调度设计所用的长系列径流资料为1 9 5 4 年7 月1 9 9 0 年6 月共3 6 年以旬为时段的径流资料系列，相应的多年平均径流量为1 9 5 9 7 亿m 3 。多年平均径流量 年内分配表见表2 - 1 。1 9 5 4 年1 9 9 0 年月平均流量过程图见图2 - 1 ，1 9 5 4 年1 9 9 0 年月 平均流量柱状图见图2 - 2 。 通过1 9 5 4 1 9 9 0 年共3 6 年径流资料的分析，可以看出坝址处径流具有以下特性： ( 1 ) 年径流丰枯变化很大。实测最大年平均流量l1 3 0 0 0m 3 s ( 1 9 8 3 年1 9 8 4 年 水文年) ，最枯年平均流量2 4 9 0 0m 3 s ( 1 9 5 9 年1 9 6 0 年) ；最丰年平均流量是最枯年平 均流量的4 5 倍。 ( 2 ) 年内来水量分配很不均匀。年内丰水期7 月9 月，各月平均流量都超过9 0 0 0 0 m 3 s ，来水量占全年的一半以上；7 月1 0 月份4 个月的来水量占全年的5 8 9 3 ，9 月 份来水量最多占全年的四分之一以上；而枯水期1 2 月至翌年3 月的平均流量都在2 5 0 m 3 s 以下，这4 个月的径流量只占全年的8 6 。其余4 个月为中水期，其径流量占全年的 2 8 1 。 ( 3 ) 枯中有丰、洪中有枯。汛期一般为7 9 月，但每年起讫时间差别较大，汛期可 能延续至1 0 月份，尤其是1 0 月上旬来水较大的年份较多；汛期早时，6 月份可能发生大 洪水，是一年中汉江流量最不稳定的时期，历史上发生的1 6 次大洪水中有6 次发生在6 月份，而且洪峰流量较大。汉江在一般情况下7 月1 0 月为丰水期，但其中各月均会出 现来水量小的时候，尤其是8 月份枯水时段的几率较多。 总之，安康水库来水特点是“枯中有丰、洪中有桔”，年内分配很不均，变化剧烈。 这给径流调节带来了一定程度的困难，同时，安康水库调节库容仅1 4 7 2 亿一，占多年 平均径流量1 9 5 9 7 亿m 3 的7 5 ；仅能做到不完全年调节，更增加了水库调度运行的困 8 2 基本资抖 难。 2 3 2 1 9 5 4 年7 月2 0 0 5 年6 月径流系列资料 本次研究所采用的长系列径流资料是1 9 5 4 年7 月- - 2 0 0 5 年6 月共5 1 年以旬为时段 表2 - 1 多年月平均径流量年内分配表 t a b 2 1 t h em e a na n n u a lm o n t h l yr u n o f f 多年平均多年平均多年平均 月流量最大值月流量最小值 月份月流量月径流量月径流量 ( m 3 s )( m 3 s ) ( m 3 s )( 亿砰)百分比( ) l1 2 3 2 03 3 01 7 21 7 5 7 07 6 5 0 21 1 6 7 02 8 21 6 32 0 2 7 05 6 4 0 32 1 4 4 05 7 52 9 95 9 9 0 07 3 0 0 4 4 6 3 - 3 01 2 0 0 6 4 6 1 5 4 6 7 01 8 6 7 0 56 4 3 5 01 7 2 58 9 84 3 3 0 o o8 7 4 0 6 6 0 1 7 01 5 5 88 3 93 7 6 0 0 05 8 1 0 71 3 6 7 3 0 3 6 6 4 1 9 0 75 7 0 0 0 06 2 o o 88 8 6 1 02 3 7 51 2 3 65 3 0 0 0 01 2 6 9 1 5 1 8 8 03 9 3 42 1 1 96 0 4 0 0 01 4 6 0 0 1 09 0 7 7 02 4 3 31 2 6 65 4 2 0 0 03 8 - 2 0 1 13 7 4 8 0 9 7 1 5 2 3 7 4 9 7 01 4 8 3 0 1 21 8 7 0 05 5 02 6 13 0 2 0 01 0 2 6 0 多年平均径流量 1 9 5 9 7 前 色 强 图2 - 11 9 5 4 年1 9 9 0 年月平均流量过程图 f i g 2 - 1t h ef n e a na n n u a lp r o c e s so fm o n t h l yr u n o f ff r o m1 9 5 4t o1 9 9 0 9 西安理工大学硕士学位论文 皇2 0 0 0 忙 l 子1 5 0 0 ： 釜1 0 0 0 露 乱5 0 0 特 0 0 0 i23456789 1 0 i i 1 2 月份 圈2 - 21 9 5 4 年1 9 9 0 年月平均流量柱状图 f i g2 - 2t h em e a na n n u a lm o n t h l yr u n o f f f r o m1 9 5 4t o1 9 9 0 的径流资料系列，相应的多年平均径流量为1 7 93 8 亿i n 3 。多年平均径流量年内分配表见 袁2 2 。1 9 5 4 年2 0 0 5 年月乎均流琏过程图见图2 3 ，1 9 5 4 年2 0 0 5 年月平均流麓柱状 图见图2 - 4 。 ( 1 ) 年径流系列中，最大年平均流壁1 1 3 0 m 3 s ( 1 9 8 3 年1 9 8 4 年水文年) ，最枯年 甲均流照2 2 9 m 3 s ( 1 9 9 7 年1 9 9 8 年) ；最丰年甲均流硅足最枯年平均流疑的5 倍。 、 ( 2 ) 来水餐分配很不均匀。7 月、9 月仍足来水最多的月份，年内丰水期7 月9 月， 各月y - 均流鞋都超过9 0 0m 3 s ，来水睦占全年的一半以e ；7 月l o 月份4 个月的来水量 占全年的6 3 7 1 。6 月份可能发生大洪水，是一年中汉江流琏最不稳定的时期。安康水 库来水特点依然“枯中有丰、洪中有枯”，年内分配很不均，变化剧烈。这给径流调节带 来了一定程度的困难，卜习时， 安康水库调节库容变为1 3 9 4 亿m 3 ，占多年平均径流量 1 7 9 3 8 亿m 3 的7 8 ；仪能做到刁；完全年调竹，殳增加了水库调度运行的困难。 矗 曼 删 篷 7891 0l i1 2 月份 圈2 31 9 5 4 年2 0 0 5 年月牛均瀛酗过程围 f i g2 3 t h e m e a na n n u a lp r o c e s s o f a v e r a g e m o n t h l ：r u n o f f f r o m1 9 5 4 t o2 0 ( 1 5 0 o 0 o 0 0 o 啪 黜 枷 姗 瑚 2 基本资料 表2 - 2 多年平均径流量年内分配表 t a b 2 2 t h em e a na n n u a lm o n t h l yr u n o f f 多年平均多年平均 多年平均 月份月流量月径流量 月径流量 月流量最大值月流量最小值 ( m 3 s )( 亿m 3 ) 百分比( ) ( m 3 s )( m 3 s ) l 1 2 1 3 03 2 51 8 32 0 4 3 06 1 - 3 0 2n 5 9 02 8 01 7 52 1 5 3 05 6 4 0 3 2 0 5 1 05 5 03 0 95 9 9 0 07 3 0 0 44 1 5 2 01 0 7 56 2 61 5 4 6 7 01 3 1 0 0 55 9 4 6 01 5 9 38 。9 74 3 3 0 0 03 7 0 0 66 1 2 3 0 1 5 8 69 2 43 7 6 0 0 0 5 8 1 0 71 2 l 1 03 2 6 51 8 3 75 7 0 0 0 06 2 0 0 88 8 6 1 02 3 7 51 3 3 65 3 0 0 0 06 3 0 0 91 2 9 6 2 03 3 5 71 9 5 56 0 4 0 0 07 7 0 0 1 0 8 2 4 2 02 2 0 91 2 4 35 4 2 0 0 03 8 2 0 l l 3 5 7 4 09 2 65 3 98 9 9 7 09 1 o o 1 21 8 3 5 03 9 72 7 73 9 3 7 07 2 o o 多年平均径流量 1 7 9 3 8 2 0 0 0 窑1 8 0 0 辩： 咖1 2 0 0 重1 。0 器0 露6 0 0 鞋器 0 0 0 1234567891 01 l1 2 月份 图2 41 9 5 4 年2 0 0 5 年月平均流量柱状图 f i g 2 4t h em e a na n n u a lm o n t h l yr u n o f ff i o m1 9 5 4t o2 0 0 5 2 3 3 径流资料对比分析 表2 3 为1 9 5 4 年7 月1 9 9 0 年6 月菸3 6 年径流资料与