三峡工程的防洪调度运用与风险分析

水库、水情与调度(二)中间件冗余及客户端重联机制三峡梯级水调自动化系统通过中间件冗余和客户重联机制使得客户端的访问需求得到了最大限度的保护：几台并行运行的中间件同时向客户端提供服务，在客户端配置文件中，分别指定了所有中间件服务器的双网地址，客户端在初始运行时会随机选择一个中间件提供服务，一旦连接不上，客户端自动重新选取其他可用的中间件，在用户看来这些切换都是透明的、不被发觉的。通过中间件冗余和客户端重联机制，结合系统的双网冗余设计，使得即使只有一个中间件的一个网络正常工作，客户端的运行都不会受到影响，从而最大程度地保证了系统的正常运行。(三)系统进程自动检测三峡梯级水调自动化系统对于关键系统进程都采用了进程自动监控的方法进行保护。监控程序随时监测关键进程是否仍在运行，如果没有运行则立即进行召唤。这种监控可以在单机上实现，也可以在网络中实现，即可通过网络对其他服务器上运行的进程进行监控，在出现异常时进行进程切换。这种监控可以避免进程意外中断，增强系统的稳健性。五、结束语三峡梯级水调自动化系统自2 0 0 3 年6 月1 日投入试运行、2 0 0 4 年6 月1 日投入正式运行以来，在系统的可靠性、高效性和稳健性上表现出优良的性能，为三峡梯级枢纽的水库调度运行打下了坚牢的基础，为三峡工程顺利实现蓄水、通航、发电做出了贡献。以上这些用于提升性能的技术手段，对于其他的水调自动化系统同样具有借鉴和参考价值。作者简介刘字，女，1 9 7 6 5 出生，工程师，湖南宁乡人，华中理工大学计算机专业毕业，现从事水电自动化工作。三峡工程的防洪调度运用与风险分析李学贵袁杰(三峡水利枢纽梯级调度通信中心，湖北宜昌4 4 3 0 0 2)摘要三峡工程具有防洪、发电、航运等综合效益，防洪是三峡工程的首要目标。本文提出汛期合理控制三峡水库防洪限制水位，可以更好地发挥三峡工程综合效益。汛期防洪限制水位提高，通过对防洪调度运用和水库泥沙淤积产生的的影响进行分析，认为风险较小。并提出了对风险的防范意识和应对措施，利用一定预见期水文气象预报预泄。通过实时调度运用，在大洪水到来时是可以将水库水位降至正常的防洪限制水位使增加较大发电效益的同时，对工程防洪调度运用的影响较小。关键词工程防洪；调度运用；风险分析一、概述三峡工程具有防洪、发电、航运等综合效益的特大型水利枢纽工程。自2 0 0 3 年三峡水库蓄水至1 3 5 m，三峡工程开始发挥效益，截止2 0 0 5 年5 月，三峡电站发电超过6 0 0 亿k W h。为了使三峡工程提前发挥防洪效益，更好地发挥发电、航运效益，三峡工程将提前一年即于2 0 0 6 年汛后蓄水至1 5 6 m。按照目前的施工进度和水库运行情况，三峡工程有可能比设计提前蓄水至正常水位1 7 5 m 运行。防洪是三峡工程的首要目标。工程建成后，可有效地控制长江上游洪水。经三峡水库调蓄，可使荆江河段防洪标准由现在的约1 0 年一遇提高到1 0 0 年一遇。遇千年一遇或类似于1 8 7 0 年曾发生过的特大洪水，1可配合荆江分洪等分蓄洪工程的运用，防止荆江河段两岸发生干堤溃决的毁灭性灾害，减轻中下游洪灾损失和对武汉市的洪水威胁，并可为洞庭湖区的治理创造条件。三峡水库正常蓄水位1 7 5 m，总库容3 9 3 亿m 3；防洪限制水位1 4 5 m(初期1 3 5 m)；防洪库容2 2 1 53 1 4水库、水情与调度亿一。三峡水库按照满足防洪、发电、航运和排沙的综合要求，进行水库调度。三峡工程初步设计的水库运用方式是：每年5 月末至6 月初，水库水位降至防洪限制水位1 4 5 m(初期蓄水相应为1 3 5 m)，整个汛期6 9 月，水库一般维持此低水位运行。超过电站过流能力的水量，通过泄洪坝段下泄。仅当入库流量超出下游河道安全泄量时，水库拦洪蓄水，库水位抬高；洪峰过后，库水位仍降到1 4 5 m(初期1 3 5 m)运行。也就是每年汛期有4 个月的时间三峡水库水位维持在防洪限制水位运行。而在汛期4 个月，从长江来水来沙过程来看，差异非常大。因此，有必要对对汛期的防洪调度方式进行优化，在来水较小时，可适当提高三峡水库的防洪限制水位，在来水较大时，将库水位降到防洪限制水位。这样提高了工程效益，又能满足防洪调度的要求。、从三峡工程的设计和调度运用来看，三峡水库防洪调度都是非常重要的。如何在既要确保安全，又要让工程充分发挥效益呢?关键是科学合理控制三峡水库防洪限制水位，做好防洪调度方案和预案，科学把握风险度。下面就三峡工程的防洪调度运用与存在的风险进行初步分析。二、三峡工程的防洪调度任务及方式(一)调度任务要求防洪调度的主要任务是在任何洪水情况下保证三峡水利枢纽工程防洪安全。利用水库拦蓄洪水，应保证荆江河段的防洪标准达到百年一遇(即百年一遇以下洪水不分洪)，在遇到千年一遇或类似1 8 7 0 年洪水时在现有分洪工程的配合运用下保证河道行洪安全。城陵矶附近的分洪量尽可能减少。(二)防洪调度运用方式按照三峡工程的防洪调度任务有以下两种调度运用方式：(1)对荆江河段进行防洪补偿调度方式通过三峡水库的防洪调度，在遭遇1 0 0 年一遇洪水，控制枝城泄量不超过5 6 7 0 0 m 3 s，控制相应沙市水位约为4 4 5 m。在此情况下，荆江分洪区可不分洪，使荆江河段的防洪标准达到百年一遇。并留有一定的安全裕度。(2)对城陵矶进行补偿调节当城陵矶水位不超过3 3 9 5 m 时，控制荆江最大泄量5 6 7 0 0m 3 s；当城陵矶水位超过3 3 9 5 m 时，控制城陵矶最大泄量6 0 0 0 0 mm 3 s；但三峡水库泄量不小于发电装机过流量2 5 0 0 0 mm 3 s。旺1三、防洪调度运用优化及及汛期水位控制范围对汛期的防洪调度方式进行优化，在满足上述调度方式对水库运用限制的情况下，根据汛期不同的来水来沙情况，科学合理的控制三峡水库的防洪限制水位，并保证大洪水时所需的防洪库容。而三峡水库的防洪限制水位的控制受防洪、发电和航运，以及泥沙淤积等因素的影响。(一)三峡水库的防洪限制水位的控制影响因素分析在防洪方面，防洪限制水位越低防洪库容越大，对防洪越有利。防洪限制水位降低l m 可增加约5 亿m 3 的库容；从发电方面看，提高防洪限制水位对提高汛期发电量有利。防洪限制水位提高l m 平均每年可多发电6 亿-8 亿k W h，若防洪限制水位提高5 m 平均每年可多发电3 0 亿3 8 亿k W hf 3 l。此外，汛期在相同流量情况下，防洪限制水位提高l m，由于减少了发电水头对机组出力受阻的程度，机组预想出力可提高2 左右，这就提高电站的容量效益。如果汛期提高防洪限制水位，对水轮机运行有利。有利于电站的安全运行。从水库的泥沙淤积分析，防洪限制水位低对水库排沙更为有利，但防洪限制水位太低对航运产生不利影响。综合比较分析；三峡水库汛期防洪限制水位控制太低对发电不利，而且对航运产生影响；控制太高对防洪效益有影响，并对水库排沙不利。可见，能否科学合理的控制防洪限制水位，是使工程综合效益充分发挥的关键。3 1 5水库、水情与调度(二)三峡水库的防洪限制水位的控制的合理范围有专家建议在汛期中小流量时，将水库水位维持在1 4 8 -1 5 1 m：出现汛情且流量更较大后，将坝前水位降低到1 4 5 m；按这一调度，汛期约大部分时间可以维持在较高水位。对发电带来较大好处：提高发电效益，减少粗沙过机。在较大流量时水库水位降低到1 4 5 m，对水库排沙比较有利，对航运也没有影响。通过各典型年设计洪水的调洪计算，在防洪调度运用中，根据三峡枢纽工程运行情况和满足下游防洪要求，考虑排沙运用和航运要求；汛期水库运行水位可控制在防洪限制水位以上3-5 m。即视水库来水及下游防洪情况三峡水库水位控制在1 4 5 1 5 0 m 是比较合理的。四、防洪调度运用风险分析及应对措施当然提高三峡水库水库的防洪限制水位，必然会给防洪带来风险。如何使工程效益较大而风险降到最小。在不同的来水情况下，对防洪限制水位实行动态控制，对其风险进行分析。根据三峡水库综合运用特点，主要分析防洪限制水位提高对防洪调度的风险、对水库泥沙淤积影响。(一)对水库泥沙淤积影响分析在水库泥沙淤积方面防洪限制水位的提高，主要是嘉陵江口和铜锣峡在汛期处于非天然畅流状态，可能使重庆港的淤积增加。据初步设计成果，防洪限制水位在1 4 0-1 5 0 m 范围内每抬高5 m，水库干流3 0年淤积量要增加3 5 4 亿m 3，1 0 0 年淤积量要增加1 5 2 0 亿m 3。川如果在实际水库调度过程中，汛期只是在中小流量含沙量较少时抬高水库运行水位3 一-5 m，在较大流量含沙量较大时水库水位可维持在汛限水位，在大洪水时，防洪需要预泄时，水库水位可在汛限水位以下。只要合理的进行调度，尽可能有利于水库的排沙。据泥沙专家组提供的分析成果，九十年代以来进入三峡库区的沙量有明显减少趋势。特别是嘉陵江流域的来沙量减少将近四分之三，随着金沙江上游梯级电站的建设，金沙江进入三峡库区的来沙也将逐渐减少。即使按照初步设计的成果，防洪限制水位在1 4 0 -1 5 0 m 范围内每抬高5 m，重庆港每年的泥沙淤积增加量平均也只有0 1 亿m 3。通过机械疏浚基本可以解决重庆港的泥沙淤积问题。对于防洪限制水位抬高引起的库区泥沙量的增加，可通过调度措施和工程措施结合也是可以尽可能的减少的。(二)水库防洪调度风险分析水库汛期运行水位(汛限水位)抬高后，为保证大洪水时的防洪库容，必须利用可靠水文气象预报在大洪水到来之前进行预泄，在不影响枢纽防洪和下游防洪安全以及航运的条件下，将水库运行水位降至设计的汛期防洪限制水位。三峡水库水位在1 4 5-1 5 0m 时，三峡水库1 m 库容约5 亿m 3，5 m 库容2 5 4 亿m 3。若按增加下泄流量1 0 0 0 0m 3 s 计算，需要3 天才能从1 5 0 m 降到汛限水位1 4 5 m。在增加下泄流量时，控制枝城泄量不超过5 6 7 0 0 m 3 s。在实际调度运用中，考虑到宜昌枝城区间及清江的入流，三峡的下泄流量应控制在5 0 0 0 0m 3 s 以下。通过对入库流量2 5 0 0 0 m 3 s -3 5 0 0 0 m 3 s 时，并仍在上涨预报出现4 0 0 0 0 m 3 s 洪水进行按不同预见期调节计算(三峡泄量按不大于4 5 0 0 0 m 3 s 控制)。表明：1)当三峡水库入库流量小于3 5 0 0 0 m 3 s 时，预报3 6 小时内入库流量未达4 0 0 0 0 m 3 s 时，以及沙市水位和城陵矶(莲花塘，下同)水位低于警戒水位时，汛限水位变动范围往上可以为3 0 m -5 m。2)当三峡水库入库流量大于3 5 0 0 0 m 3 s，以及沙市水位和城陵矶(莲花塘，下同)水位低于警戒水位时，预报3 6 小时内入库流量未达4 0 0 0 0 m 3 s 时，预报2 4 小时内入库流量将达4 0 0 0 0 m m 3 s 时，汛限水位变动范围往上可以为2 0 -3 O m。3)当预报沙市水位和城陵矶水位有一处将达到警戒水位和入库流量达3 5 0 0 0 m 3 s 预报3 6 小时入库流量将达4 0 0 0 0 m 3 s，使用3 6 小时预报进行预泄，预泄最大流量4 5 0 0 0 m 3 s，汛限水位变动范围为1 0 m 以下。采用上述运行方式，一般年份汛期大约有三分之二的时间可以在汛限水位以上运行，发电效益是很大的，最大预泄流量4 5 0 0 0 m 3 s，在沙市和城陵矶水位都在警戒水位以下，对下游防汛基本没有影响。对防洪调度的风险较小。但遇到1 9 9 8 年那样的来水年份，下游防洪紧张，或三峡区间大暴雨的情况可能存在水情预报的风险，对防洪调度的风险要相对大一些。但可以采取相应的应对措施。3 1 6水库、水情与调度(三)风险防范意识和应对措施(1)利用预见期水文气象预报提前预泄。随着水情自动测报系统的建设和应用以及预报技术的发展，水文气象预报预见期愈来愈长从葛洲坝水水库运行二十多年的水文气象预报情况来看，如降雨中心在寸滩、武隆以上，且降雨较集中时。预见期有可能达3 天以上，在其它大多数情况下，水文气象预报的可靠预见期为2 4 -3 6 h 而对于流域性的大范围降水，按照目前预报水平，预见期可达3 5 天，虽然在降水的量级和落区可能存在偏差，但可作为防洪调度运甩预泄的参考依据。(2)做好防洪调度预案，对不同流量级的入库来水有不同的调度方案，以确保枢纽工程和下游防洪安全。主要有：1)当预报沙市或城陵矶水位将要达至U 警戒水位时，水库水位应严格控制在防洪限制水位；2)当2 4 小时预报入库洪水流量超过4 5 0 0 0m 3 s，并且可能发生较大洪水时，必须增加大坝下泄流量(不大于5 0 0 0 0m 3 s)将坝前水位快速降低到汛限水位；3)当气象预报可能出现流域性大范围降水时，应考虑将水库水位降到防洪限制水位；4)当入库流量3 5 0 0 0 m 3 s 左右，预报出现大于4 0 0 0 0 r n 3 s 洪水，应根据下游的防洪情况按照不同预见期的洪水制定相应防洪调度预案，以保证大洪水到来时，三峡水库水位控制在防洪限制水位。五、结语(1)通过分析，在汛期中小洪水时，可将三峡水库防洪限制水位提高到3 -5 m 运行，占汛规时间约三分之二，发电效益是很大的。当入库流量大于3 5 0 0 0 m 3 s 时，可将三峡水库防洪限制水位提高封3 m 以内运行。对防洪的风险较小。(2)关于三峡水库防洪限制水位提高对水库泥沙的影嗬，可通过运行后的实测资料分析进行论证确定能否提高三峡水库汛期运用水位。葛洲坝原设计考虑汛期排沙问题，汛期运行水位为6 3 m，经过几年运行后，通过泥沙实测资料分析，泥沙阿题并没有原设计考虑的严重，1 9 8 7 年汛期提高到6 6 m 运行。发电量每年平均增加1 6 亿k W h。(3)三峡水库防洪限制水位提高后，可能对下游防洪带来一定的影响，可在防汛主管部门的指导下制定相应的防洪调度预案，减少由此对长江中下游的防洪的不利影响。(4)在实时调度中，建议三峡水库防洪限制水位实行动态控制，可按也可按不同的月份或洪水等级进行控制(如汛期6 月和9 月出现大洪水机率相对7、8 月份要小些)。由于三峡水库防洪限制水位提高牵涉的范围比较广，以上只是初步分析，建议在防洪调度运用中可逐步实施，在实施初期，三峡水库防洪限制水位提高幅度可控制在3 m 以内(或者1 2 m)，在根据实施的情况可逐步提高到3-5 m。参考文献，f lJ、f 2 J、1 3 1、1 4 J 三峡工程综合利甩与水库调度研究，长江水利委员会，湖北科学技术出版社作者简介李学贵，1 9 8 7 年武汉水利电力学院毕业，三峡水利枢纽梯级调度通信中心高级工程师。3 1 7