万家寨水库调度问题浅析

万家寨水库调度问题浅析

1枢纽水利工程万家寨水库位于黄河北干预托龙峡谷河的河段。水库最高蓄水位980m,正常高水位977m,最低发电水位952m。水库总库容8.96亿m3,调节库容4.45亿m3,死库容4.51亿m3,水库长度72km。枢纽大坝高105m,电站装机6×18万kW。枢纽工程的主要任务是供水结合发电调峰,兼有防洪、防凌等作用。万家寨水库从1998年10月开始蓄水运用。2水库增蓄水量2001年万家寨水库上游头道拐站(黄河干流入库控制站)来水量113.3亿m3。来水量以三种形式分配。一是水库增蓄水量,2001年初水库水位955.99m,年末水位964.22m,年水库增蓄水量1.18亿m3。二是头道拐～万家寨区间的损失水量,2001年头道拐～万家寨区间因灌溉引水、水库渗漏蒸发等因素,损失水量3.8亿m3(抵消区间来水外)。三是水库泄水量,水库泄水量由发电用水量和弃水量两部分组成,2001年水库发电用水量107.8亿m3,弃水量0.55亿m3,合计水库泄水量108.3亿m3,具体水库运行情况见表1。3设计进出水水量万家寨水库设计入库年径流量192亿m3。但从上个世纪90年代以来,来水量持续偏枯,1991年～2001年头道拐年均径流量147亿m3,只占设计入库年径流量的76.6%。2001年头道拐站年径流量113.3亿m3,只占设计入库年径流量的59%。在来水量减少的情况下,要发挥枢纽的经济效益,必须优化水库调度,提高水能利用效率。提高水能利用效率,从万家寨水库的特点来看,主要包括以下两个方面。3.1降低发电耗水率在引黄工程还没有投运以前,万家寨水利枢纽的经济效益主要体现在发电效益上。要提高发电效益,必须抬高水库运行水位、提高机组发电负荷,以降低发电耗水率。在万家寨水库运行3a以来,在工程条件的允许下,水库逐步抬高水位运行;在山西、内蒙两网支持下,机组负荷明显提高;发电耗水率逐年降低,发电效益逐年攀升。具体情况见表2。3.2合理的凌乱控制和沙子处理是改善水利用的重要先决条件3.2.1水库运行现状如何才能既保证库尾居民的安全,同时适当抬高水库水位运行和减少弃水,充分发挥枢纽的发电效益,是合理防凌调度的关键。2000年～2001年度凌汛期,在库尾移民搬迁线为984m情况下,为保证库尾的安全,水库在长达3个多月的流凌期、稳封期内,维持在955m～964m之间的低水位运行,在开河前,为迎接凌峰的到来,水库一度降低水位到953m左右运行,接近发电最低水位952m。水库长时间的低水位运行,为电力生产带来了损失。为了抬高凌汛期水库的运行水位,一劳永逸的解决库尾的防凌问题,枢纽提出了抬高库尾移民搬迁线到987m方案,凌汛期水库的运行水位可提高5m左右,将很大程度的提高水能利用效率。3.2.2降低水位,降压调湿凌汛开河期的弃水,一是为了保证枢纽安全,在机组泄流不足情况下,打开泄洪闸门弃水;二是在水库淤积的情况下,利用开河期的大流量过程,打开排沙泄洪闸门弃水冲沙。根据近几年的情况,在6台机组运转良好的情况下,只要准确作好洪水预报,合理调度,基本可以满足泄流要求,从而避免弃水。因此,要合理弃水,必须合理泥沙调度。万家寨水库的运用方式是“蓄清排浑”。按照设计,每年8、9两月为排沙期,水库保持在952m～975m之间运行,当水库淤积严重,难以保持日调节库容时,抓住流量大于1000m3/s的时机,库水位降低到948m冲沙5d～7d。但从上世纪90年代以来,黄河上游来水量持续偏枯,汛期黄河基流和洪峰大幅度减小,在此情况下,每年排沙计划常会落空。同时,水库水位长时期保持在低水位运行,不利于发电生产。由于宁蒙河段凌汛期的槽蓄水量相对稳定,当水库淤积严重时,可利用凌汛开河期降低水位进行排沙。汛期8、9月份水库水位可抬高到960m～966m之间运行,尽量发挥发电效益。以2001年为例,凌汛开河期弃水0.46亿m3,排沙65万t。8、9两月抬高水位运行,月平均水位分别为960.01m、970.07m,月均发电耗水率分别为6.80m3/kWh、6.18m3/kWh,远远小于7月份当月均水位只有952.80m时的发电耗水率9.07m3/kWh,充分发挥了经济效益。4发展经济效益，充分考虑社会福利4.1万家充水能力万家寨水库位于黄河中游的头部,水库的调度好坏,直接影响到黄河中游的断流与否。进入上个世纪90年代以来,由于上游来水量持续偏枯,在每年的5,6,7月,头道拐水文站经常出现月均流量不到100m3/s的现象,最小出现6.3m3/s的瞬时流量,黄河中游面临着断流的威胁。在这种情况下,黄河水利委员会要求万家寨水库在枯水期向下游补水,以保证中游不断流。万家寨水库为此作出了巨大的贡献。以2001年为例,从6月1日至6月17日,水库库水位从970.72m降到954.72m,水位降低16m,向下游补水2.85亿m3。虽然万家寨水库在以后的一个月内被迫保持在955m以下运行,经济效益受到了损失,但缓解了沿黄河地区的用水供需矛盾,保证了黄河中游的不断流。4.2联合计划4.2.1联合防凌调度万家寨水库的兴建,使原本在河曲段的冰凌问题到了万家寨水库库尾,减轻了黄河河曲段和天桥库尾的防凌压力。但如果万家寨水库调度不当,也可能加重河曲段及天桥水电站的防凌负担。为此,1999年11月,万家寨水利枢纽与其他相关单位一道签署了《黄河河曲段凌汛联防协议》,与天桥水电站实行联合防凌调度。在协议签署后,万家寨水库在凌汛期按照协议的要求进行水库调度,同时加强与天桥电站之间的凌情联络。联合防凌调度实行以来,天桥电站未发生大的凌情灾害。天桥水电站不仅与万家寨水利枢纽进行联合防凌调度,在日常水库调度中,也通过电话联系,掌握万家寨水库调度方式,并通过相应调整调度方式来提高水能利用效率。天桥水电站的大多数水库库容已被淤积,水库调节能力很弱,因此,当上游有大的洪水过程来临时,由于天桥电站机组装机容量只有12.8万kW,过流能力有限,不得不弃水。万家寨水库兴建以后,将黄河上游的洪水滞留在水库内,相对均匀下泄,通过与万家寨电站的联系,天桥电站可获知万家寨水库每日的调度方式,从而利用万家寨到天桥8h左右的洪水传播时间,调节电站的运行方式,提高水能利用效率。近年来,天桥水电站的水能利用效率从上世纪80年代的40%左右提高到90%以上,特别是2001年的水能利用率达到96%。外部原因有两个:一是上世纪90年代以来,黄河来水量持续偏枯;二是万家寨水库对干流洪水的调蓄作用,特别对凌汛洪峰的调蓄的作用。万家寨水库对黄河干流洪水的调蓄作用对天桥电站产生的另外影响是使天桥电站的防洪标准从100年一遇上升到164年一遇,大大提高天桥电站的防洪能力。4.2.2万家丘水利工程在黄河来水量持续偏枯的情况下,对黄河北干流进行梯级开发,对梯级水库进行联合调度,可以对黄河北干流蕴藏的水能资源充分利用。目前万家寨水库与天桥水库的联合调度无疑对以后北干流的开发是一个很好的提示。黄河北干流的梯级开发完成后,万家寨水利枢纽作为8个梯级电站的第一级枢纽工程,将来自宁蒙河段的大多数冰凌蓄留在水库内进行消融,同时,万家寨水库向下游排泄的是水库深层水,温度较高,对沿河冰凌具有一定的破坏作用,从而大大减轻了下游的防凌负担。由于万家寨水库对黄河干流洪水的调蓄作用,大大减轻了下游水库的防洪压力,提高了下游水库的防洪标准。实行联合调度,使下游水库只要掌握万家寨的每个时段的调度方式,根据万家寨到水库的洪水传播时间调整调度方式,即可充分利用黄河干流水能资源兴利,而无须有较大的水库库容来调节。由上可见,由于万家寨水库的利用,同时只要合理开展联合调度,黄河北干流其他待建电站就既可充分利用水能资源发挥效益,又可控制工程规模、节约投资成本。5万家充分利用高效的调度优化调度从2001年万家寨水库调度情况看,万家寨水利枢纽取得了发电16.23亿kWh的良好经济效益,也取得了保证黄河中游不断流和提高了天桥电站效益的巨大社会效益。同时,万家寨水库的兴建和与天桥电站的联合调度,对黄河北干流的开发也具有深远影响。但从2001年水库运行情况看,万家