三峡水库非汛期日调节对水动力特性的影响

三峡水库非汛期日调节对水动力特性的影响

自三峡水库蓄水以来，水库周边水体的富营养化问题日益突出。在汛期调度过程中,库区水位低、流速快,水体富营养化环境满足程度较低,从而水环境问题不是很突出;而在非汛期调度过程中,库区水位高、流速慢,水体富营养化的问题变得相当严重。在三峡非汛期的调度过程中,采用日调节的方式,可以加大库区水位的波动和干支流的水体置换量,加强了污染物降解和抑制藻类生长,改善了库区和下游的水质,故电站日调节是三峡水库缓解库区支流水体富营养化问题的一个重要措施。1日调节水量不超过3.2细工程来水管理量三峡电站日调节方案的设置要充分考虑以下的控制要素:(1) 日调节幅度。直接关系到三峡电站的发电效益和航运效益,故应根据发电经济要求和航运需求选择合适的日调节幅度。(2) 葛洲坝水库反调节水位。葛洲坝水库的调蓄作用可以降低三峡电站下游的水位变幅,缓解因为电站日调节而引起的下游通航问题。三峡电站日调节调度方案的设置考虑以下几条基本准则:①调节后日下泄水量应基本等于当日来水量,日调节流量变幅值不大于日均来水量值;②负荷变幅值不超过装机预想出力的50%,充分利用水资源,尽量减少弃水调峰;③葛洲坝电站最小下泄量不应小于三峡天然来水量的80%。根据电网日间的负荷特性变化,全面考虑三峡电站日调节的综合效益,三峡电站的日调节形式以双峰为主,即8:00～11:00为早峰时段,18:00～22:00为晚峰时段,1:00～5:00、13:00～17:00为低谷阶段,其他时段为腰荷时段。三峡电站日调节调度方案在考虑来水流量一定的条件下,根据水库调度规则、流量资料以及葛洲坝的反调节能力,分两大类设置了6种日调节调度方案进行模拟:①初始方案单纯地考虑制造大幅度的库区水位变化,对日调节引起的葛洲坝电站的发电问题以及下游的通航问题都考虑不够;②改进方案考虑到葛洲坝水库调节库容较小造成的反调节效果不够的问题,适当地提高了代表航运基荷的最小出力,降低了最大出力,使日调节造成的大幅度水位变化得到坦化,使电站的发电和下泄流量都处于平稳状态。6种方案都是双峰调节,具体设置如表1所示:2模拟分析及其数值结果本文采用丹麦水力研究所(DHI)的MIKE11软件,对三峡库区及主要支流进行了模拟分析,包括水动力模型和水质模型,并率定了模型的参数,从而比较分析了三峡非汛期不同日调节方案下的生态响应。2.1直流循环水位变化日调节条件下,三峡、葛洲坝电站出力、下泄流量过程和库区水位波动过程计算分析结果如表2所示,其中3种方案下的三峡调度参数相同,调峰幅度都为8000MW,区别在于葛洲坝的调度参数。日调节引起库区支流往复流即出口断面流量过程见图1。从表2和图1可以看出:(1)3个初始方案都是双峰形式,其区别仅在于葛洲坝的反调节水位,反映在出力和流量日变幅上即三峡的相关数据都一致,而在葛洲坝最大出力、下泄流量指标上,方案1明显低于方案2和方案3,而在葛洲坝最小出力、流量的日变幅上,方案1又明显高于方案2和方案3。(2)3个初始方案调节下的葛洲坝最高、最低水位以及各站点的水位变幅基本相同,只是方案3的葛洲坝最低水位比较大,同时,上游站点的水位变幅对比下游要大。(3)3个初始方案调节下的库区支流间的水体置换效果基本一致且比较明显,尤其是香溪、小江等较大支流(见图1)。2.2起资料流场调整3个改进方案的调峰幅度都为6000MW,差别也在于葛洲坝的反调节水位。日调节条件下,三峡、葛洲坝电站出力、下泄过程和库区水位波动过程计算分析结果见表3。日调节引起库区支流往复流即出口断面流量过程见图2。从表3和图2可以看出:(1)3个改进方案也都是双峰形式,在葛洲坝最大出力上,方案1明显低于方案2和方案3;而在葛洲坝最小出力、流量的日变幅上,方案1又明显高于方案2和方案3。(2)3个改进方案调节下的葛洲坝最高、最低水位基本相同;从三峡坝前变幅和奉节水位变幅对比可知,上游对比下游变幅要大;3个方案之间,方案1引起的各站点水位变幅最大,方案3其次,方案2最小。(3)3个改进方案调节下的库区支流间的水体置换效果非常明显,尤其是香溪、小江等较大支流。3日调节方案及其影响初始方案中,方案1、2、3的庙嘴最低水位分别是38.6,38.4,38.0m,不满足庙嘴水位39.0m的规程要求,故初始方案下的葛洲坝发电调度和下游通航都会比较困难。改进方案对下游通航都有一定程度的影响,其中,方案2的庙嘴最低水位39.5m,完全可以满足庙嘴水位高于39.0m的通航要求,方案1和方案3的庙嘴最低水位为38.9m和38.8m,也基本可以满足满足庙嘴水位高于39.0m的通航要求。故从航运效益角度考虑,基于日调节过程的三峡生态调度改进方案是可行的。3个改进方案对发电量都有一定程度的影响,2月1日至5月1日改进方案日调节下的发电量变化如图3所示。由图3可见,改进方案带来的发电量损失,平均到每月可控制在0.25亿kW·h以内,日调节产生的发电量损失并不大,故从发电效益角度考虑,基于日调节过程的三峡生态调度改进方案也是可行的。综上所述,基于日调节过程的三峡生态调度改进方案,承担了5600～14400MW的调峰幅度,可以在库区人为形成较大幅度的水位变化,显著促进库区支流的水体交换,有效缓解库区富营养化问题,改善库区支流的水质;日调节幅度和葛洲坝反调节水位的选择,符合电站发电、航运的需求;日调节带来的发电量损失,也在可控可接受的范围内。因此,无论是从实际可行性,还是从对水体富营养化产生的缓解作用来说,都是有效的,可以考虑在三峡实际调度管理中加以应用。4生态调度方案针对三峡库区部分支流在非汛期产生的水体富营养化问题,研