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水库调度图

2020-04-09 21:01

表示水库调度决策变量(电站出力、灌溉与城镇供水量、下泄量等)与状态变量(时段初库水位、入库流量、时间等)的关系线图。它包含的调度线及其所划分的调度区,规定了水库处于不同状态时应采取的调度方式,是指导水库运行的主要工具之一。

利用调度图进行水库调度,始于20世纪20年代,由苏联学者莫罗佐夫(A.A.Mорозов)提出,至今仍被广泛应用。它采用历史实测径流资料为样本,根据水库各设计参数及特征水位,进行逆时序径流调节计算,偏安全地决定各种调度方案的适应范围,即对于同一决策(如保证供水或加大、降低供水),以各自相应的设计保证率的水文情况,各种可能出现的水库水位的包线为所求的调度线,并由它们组成调度图。这种调度图在不考虑水文预报的情况下,由面临时段初的库水位(或蓄水量)确定水库实时调度方式;在考虑面临时段径流预报的情况下,则由面临时段末可能的库水位(或蓄水量)确定水库的调度方式。根据调度图进行水库调度,能够达到:①遭遇设计枯水年,水库按保证运行方式工作,能保证各用水户正常需水量和水位的要求。②遭遇平、丰水年,水库可按加大供水方式运行,能较合理地加大对各用水户的供水量。③遭遇特枯水年,水库按降低供水方式工作,能较合理地减少对各用水户的供水量,以减轻各用户正常效益和效能的损失。④在汛期遭遇设计洪水或校核洪水时,能保证大坝安全度汛,或在遭遇下游防洪标准洪水时,能满足防护地区的防洪要求。

图1 年调节水库兴利基本调度线示意图

图2 年调节水库兴利辅助调度线示意图

(a)均匀加大供水线;(b)等比例加大供水线;(c)均匀降低供水线

年调节水库兴利调度图

(1)年调节水库兴利基本调度线图(图1)。图中线Ⅰ和线Ⅱ分别称为防破坏线(保证供水线)和限制供水线,系在水库保证正常供水前提下,相应设计枯水年份的各种可能出现的库水位的外包线和内包线;线Ⅲ称为防弃水线,系在水库按最大需水量(或电站最大过水能力)工作的条件下,相应丰水年份可能出现的库水位的内包线。以上3条基本调度线将水库以年度为周期的范围划分为4个运行区,并规定了相应的调度方式:线Ⅰ与线Ⅱ之间为保证正常供水区,水库按保证运行方式工作;线Ⅱ与死水位之间为降低供水区,水库按降低供水或天然入库径流量供水,以减轻破坏程度或缩短破坏时间;线Ⅰ与线Ⅲ之间为加大供水区,水库按加大供水方式工作,以充分利用余水量,减少弃水量;线Ⅲ与正常蓄水位之间为最大供水区,水库按最大需水量或供水设备最大过水能力供水。在实际运行中,不考虑水文预报时,由面临时段初的库水位所在区域决定水库的供水量(或发电出力);若结合面临时段的入库径流量预报,可由时段末预计可以达到的库水位所在区域,决定水库供水量。

(2)年调节水库兴利辅助调度线图(图2)。图2(a)、(b)为加大供水方式的调度线图,用以规定加大供水区具体加大的供水量级。图2(a)为均匀加大供水指示线,利用这一指示线,可将面临月份库水位超出防破坏线所相应的库容(蓄水量),平均地分配到以后的调节周期(至供水期末)中去,根据面临时段的库水位和时段序号,即可查得可加大的供水量;图2(b)为等比例加大供水指示线,利用这一指示线,可根据面临时段库水位超过防破坏线的水位(蓄水量),按一定比例关系拟定需加大的供水量。一般而言,前者适用于调节程度较高的大型水电站水库,加大供水区的平均利用水头较高,供给系统的电力均匀;后者适用于调节程度较低的大型水电站水库。对于以灌溉或供水为主的水库或中小型电站,可不绘制加大供水线,水库采用集中加大方式调度。

图2(c)为均匀降低供水方式指示线图,用以规定降低供水区具体降低的供水量,例如可规定库水位处于C1区、C2区和C3区时,水库分别按正常供水量的0.9倍、0.8倍和0.7倍供水,以减轻大型电站或灌溉及供水集中破坏的深度,或减少降低供水的时间。

多年调节水库兴利调度图

多年调节水库的调节周期一般为由若干连续枯水年组成的枯水段。由于实测水文系列一般不够长,加之枯水段长度也不够稳定,绘制一个多年调节周期的调度图存在困难。实用上仍绘制以年度为单位的调度图,其基本调度线图和辅助调度线图的形式,与年调节水库类似。图3即为包括基本调度线和辅助调度线的多年调节水库调度线图,其与年调节水库调度图的差别为:①防破坏线位于多年库容蓄满点以上,说明多年库容未蓄满以前,水库不应加大供水量。②限制供水线最低点为死水位,最高点水位至死水位所相应的库容一般应等于年库容。

防洪和兴利结合的调度图

防洪库容和兴利库容结合的程度不同,其调度图有2种类型。

(1)防洪和兴利库容部分结合调度图(图4)。防洪调度线由线abcdef组成,其中线段ab、线段ef的高程为正常蓄水位,线段cd的高程为汛期限制水位,tc至td为由水文气象特性和实测洪水资料确定的主汛期,线段de为遭遇各种可能洪水经水库调蓄后的库水位的内包线,线段bc为汛初减少弃水和保证下游安全而需控制的库水位的下包线。在实际运行时,水库因兴利要求的蓄水位不得超过线abcdef,此线以上按大坝调洪和下游防洪调度方式运用,以下按兴利调度方式运用,其中正常蓄水位和汛期限制水位之间称为重叠库容,在主汛期放空,用于防洪,在汛后利用余水充蓄,用于兴利。

图3 多年调节水库兴利调度线示意图

图4 防洪和兴利库容部分结合的调度图

(2)防洪和兴利库容完全结合的调度图(图5)。图5(a)所示防洪库容是兴利库容的一部分;图5(b)所示防洪库容与兴利库容全部重叠;图5(c)所示兴利库容仅是防洪库容的一部分。

两级调节调度图

承担两种不同设计保证率的兴利任务(如发电结合灌溉或结合城镇供水等)的水库调度图。

(1)年调节水库两级调节调度图[图6(a)和(b)]。图6(a)所示适用于遭遇高设计保证率年份,降低设计保证率较低的兴利任务的供水量,所需调节库容V2较大;图6(b)所示适用于遭遇低设计保证率年份,同时保证两个兴利任务的正常供水,所需调节库容V1较大。图中线Ⅰ称上调度线,系在水库保证两个兴利任务的正常供水的条件下,相应低设计保证率来水年份各种可能出现的库水位的外包线;线Ⅱ称下调度线,系在高设计保证率来水年份,水库保证高设计保证率兴利任务的正常供水,适当降低低设计保证率兴利任务的正常供水的情况下,各种可能出现的库水位的外包线;线Ⅲ称限制供水线,即采用相应线Ⅱ各种可能出现的库水位的内包线;线Ⅳ为防弃水线,其含意与绘制方法与图1中的防弃水线相同。在运行中,当库水位介于线Ⅰ、线Ⅱ之间时,水库按两兴利任务正常需水要求供水(称高供水区);当库水位位于线Ⅱ、线Ⅲ之间时,适当降低低设计保证率兴利任务的正常供水量;当库水位低于线Ⅲ时,应同时降低两兴利任务的正常供水量;其他同图1。

(2)多年调节水库两级调节调度图[图6(c)]。线Ⅰ为两级调节的上调度线,位于多年库容以上,相当图1中的防破坏线。线Ⅱ为下调度线,相当于图1中的限制供水线。于线Ⅰ、线Ⅱ之间加一条分界调度线,划分高低供水区。当库水位介于线Ⅰ和分界调度线之间时,水库按两兴利任务正常供水要求供水;当库水位位于分界调度线与线Ⅱ之间时,适当降低低设计保证率兴利任务的正常供水,其他同年调节两级调度图。

图5 防洪和兴利库容完全结合的调度图

①—兴利库容;②—防洪库容;③—重叠库容

图6 两级调节调度图

(a)年调节水库(V2>V1);(b)年调节水库(V2<V1);(c)多年调节水库

补偿调节调度图

库群中担任补偿调节的水库的调度图(图7)。它的兴利调度线仅由防弃水线(线Ⅲ)和限制供水线(线Ⅱ)组成,前者与单库运行防弃水线相同,后者是在该库按其最小必需供水量(对于发电水库,指保证电站充分发挥容量效益所相应的发电水量;对于灌溉或供水水库,指保证本库必需供水区所需供水量)供水的前提下,取相应设计枯水年份的各种可能出现的库水位的外包线。运行中,当库水位在防弃水线以上时,水库按最大供水量工作;当库水位在限制供水线以下时,水库按最小必需供水量供水;当库水位介于防弃水线和限制供水线之间(即补偿调度区)时,水库在保证用户正常需水的前提下,按库群总效益最佳目标的统一调度方式,决定其供水量(参见水库群调度)。

图7 补偿调节调度图

责编: system