水電站徑流調(diào)節(jié)

根據(jù)服務(wù)對(duì)象不同，徑流調(diào)節(jié)可分為發(fā)電徑流調(diào)節(jié)、洪水調(diào)節(jié)和為其他綜合利用部門進(jìn)行的徑流調(diào)節(jié)。根據(jù)水資源綜合利用各用戶的特點(diǎn)，對(duì)徑流調(diào)節(jié)提出了不同的要求。

（1）發(fā)電徑流調(diào)節(jié)。河川天然徑流在年季間變化較大，在一天內(nèi)則較穩(wěn)定。電力用戶的用電特性則相反，在年季間變化相對(duì)較小，在一天內(nèi)變化較大。發(fā)電徑流調(diào)節(jié)是利用水庫(kù)把某些時(shí)期相對(duì)多余的來(lái)水量蓄存起來(lái)，在相對(duì)缺水時(shí)補(bǔ)給用以發(fā)電，以適應(yīng)電力系統(tǒng)的需求。發(fā)電徑流調(diào)節(jié)計(jì)算又叫做水能計(jì)算。

（2）洪水調(diào)節(jié)。水庫(kù)為下游防洪及保壩，在汛期攔蓄洪峰，當(dāng)出現(xiàn)與下游防洪區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的洪水時(shí)，使下泄流量與區(qū)間流量(當(dāng)有支流加入時(shí))匯合后不大于下游防洪區(qū)的安全泄量，以減免下游洪災(zāi)。當(dāng)出現(xiàn)較稀遇的洪水時(shí)，允許在水庫(kù)安全范圍內(nèi)超蓄，并加大泄量，以保證大壩安全。

（3）其他綜合利用(含航運(yùn)、灌溉、供水、環(huán)境保護(hù)及旅游等)徑流調(diào)節(jié)。①航運(yùn)要求庫(kù)內(nèi)或下游河道在通航季節(jié)維持一定的水位以保持航深。并要求流速和水位變率不大于某一限度，故對(duì)重要的航運(yùn)河段，還要進(jìn)行明渠不恒定流計(jì)算。②灌溉要求合適的取水高程，并在農(nóng)作物褥灌水季節(jié)(旱季)，放水灌溉。③供水(主要是城鎮(zhèn)工業(yè)和居民生活用水)要求一年各季均勻供水，并有較高的水質(zhì)要求。④環(huán)境保護(hù)(含漁業(yè)等)及旅游等主要是對(duì)水位和水深的要求。

徑流調(diào)節(jié)的各用戶，均應(yīng)有各自的保證率，一般以城鎮(zhèn)供水最高，發(fā)電、航運(yùn)次之，灌溉及其他部門較低 。

水庫(kù)調(diào)節(jié)周期為水庫(kù)從庫(kù)滿到放空再蓄滿(或從庫(kù)空蓄滿再放空)所需的時(shí)間。水庫(kù)調(diào)節(jié)性能(不含洪水調(diào)節(jié))，按其調(diào)節(jié)周期長(zhǎng)短可分為日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、季(年)調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)四種。在徑流特性相同的情況下，調(diào)節(jié)周期越長(zhǎng)需要的調(diào)節(jié)庫(kù)容越大，發(fā)電效益也越大。具有較長(zhǎng)期調(diào)節(jié)性能的水庫(kù)也同時(shí)具有較短期調(diào)節(jié)的性能。

(1)日調(diào)節(jié)。水庫(kù)的調(diào)節(jié)庫(kù)容可在每天將低負(fù)荷時(shí)多余的水蓄起來(lái)，在高負(fù)荷時(shí)用，調(diào)節(jié)周期為一天。

(2)周調(diào)節(jié)。除進(jìn)行日調(diào)節(jié)外，還可在每周將用電負(fù)荷降低時(shí)(如周末)多余的水蓄起來(lái)，增加在高負(fù)荷時(shí)(如工作日)的發(fā)電流量，調(diào)節(jié)周期為一周。

(3)季(年)調(diào)節(jié)。在每一年中蓄存豐水期多余的水量供枯水期用，以提高枯水期的出力，其調(diào)節(jié)周期為季(年)。

(4)多年調(diào)節(jié)。能將若干豐水年的多余水量蓄存起來(lái)供枯水年或若干連續(xù)枯水年使用，調(diào)節(jié)周期在一年以上 。

其特點(diǎn)主要包括兩方面。

(1)水能的要素為流量和水頭。在徑流調(diào)節(jié)過(guò)程中，水庫(kù)的充蓄和消落直接導(dǎo)致庫(kù)水位的變化，水庫(kù)長(zhǎng)期維持高水位，固然可取得較大的水頭，但由于未充分利用庫(kù)容調(diào)節(jié)徑流，增加枯水期的調(diào)節(jié)流量，對(duì)增加保證出力和年發(fā)電量，都是不利的。相反，若水庫(kù)水位過(guò)度消落，雖常可取得較大的枯水期調(diào)節(jié)流量，但由于低庫(kù)水位導(dǎo)致水頭的降低，也可能使保證出力和發(fā)電量減少。故水電站徑流調(diào)節(jié)，必須全面照顧調(diào)節(jié)流量和水頭的利用，進(jìn)行有利的決策。

(2)水電站的水庫(kù)即能庫(kù)。水電站消落調(diào)節(jié)庫(kù)容(不含防洪庫(kù)容，或稱興利庫(kù)容、有效庫(kù)容)而增加的調(diào)節(jié)流量與本電站及其下游梯級(jí)電站利用的總水頭而形成的能量，叫做水庫(kù)蓄能。水庫(kù)蓄能可較全面地體現(xiàn)水電站水庫(kù)的凋節(jié)作用。在考慮河流梯級(jí)開發(fā)方案時(shí)，應(yīng)盡量將水庫(kù)布置在上游，以取得較大的控制水頭，增加水庫(kù)蓄能，從而增加調(diào)節(jié)能力;當(dāng)水電站開發(fā)方式及水庫(kù)容積已定時(shí)，水電站的徑流調(diào)節(jié)的任務(wù)就是最有利地利用其蓄能，以取得最大的發(fā)電效益 。

利用水庫(kù)或湖泊(天然水庫(kù))，按發(fā)電、防洪和其他綜合利用水資源的要求，改變河川徑流時(shí)空分布的理論和方法。水電站水庫(kù)的徑流調(diào)節(jié)，在改變河川徑流時(shí)空分布時(shí)，也同時(shí)改變水能的時(shí)空分布。河川水流的豐枯周期變化及其隨機(jī)性，常不能適應(yīng)發(fā)電、防洪及其他水資源利用部門的要求，需要進(jìn)行徑流的時(shí)空再分布。徑流調(diào)節(jié)的基本途徑是利用水庫(kù)的容積和泄流設(shè)施儲(chǔ)存和泄放水量，通過(guò)調(diào)節(jié)周期的水量平衡，進(jìn)行水庫(kù)運(yùn)行的決策，從而改變徑流及水能的時(shí)空分布，達(dá)到合理地滿足發(fā)電、防洪及其他水資源綜合利用用戶要求的目的。經(jīng)過(guò)水庫(kù)調(diào)節(jié)以后，較能適應(yīng)水資源用戶要求的流量，叫做調(diào)節(jié)流量 。

徑流調(diào)節(jié)計(jì)算的任務(wù)和目的，是在滿足各項(xiàng)約束條件的前提下，為最大限度地滿足發(fā)電、防洪及其他綜合利用的要求，在調(diào)節(jié)周期內(nèi)進(jìn)行水量及能量平衡計(jì)算，從而進(jìn)行水庫(kù)運(yùn)行的決策，并模擬水庫(kù)未來(lái)運(yùn)用情況，計(jì)算出調(diào)節(jié)效益指標(biāo)及水庫(kù)運(yùn)行特性，作為規(guī)劃、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)及為水庫(kù)建成后的運(yùn)行作參考。徑流調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是河川的徑流資料，而河川徑流具有周期性、隨機(jī)性和不重復(fù)性。按對(duì)徑流過(guò)程的處理方法不同，徑流調(diào)節(jié)計(jì)算方法可分為時(shí)歷法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法和隨機(jī)過(guò)程法三類 。

當(dāng)上游水庫(kù)按某綜合利用用戶用水要求進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，因不能適應(yīng)下游其他綜合利用用戶的需要。而必須進(jìn)行的徑流重新調(diào)節(jié)。如發(fā)電日調(diào)節(jié)造成下游日內(nèi)不均勻流量，影響下游通航或灌溉、供水等，而需用水庫(kù)將不均勻來(lái)水調(diào)勻，以適應(yīng)下游有關(guān)綜合利用用戶的要求 。

水電站群有三種類型:

①無(wú)水力聯(lián)系，各水電站不在一條河上，即跨流域水電站群。

②有水力聯(lián)系，即水電站梯級(jí)，上游電站下泄的流量流入下游梯極電站。

③混合式，兼有上述兩種類型的水電站群。

水電站群的徑流調(diào)節(jié)，必須以水電站群總發(fā)電效益最大為原則，制定各電站的運(yùn)行方式，進(jìn)行水量和能量的平衡 。

中國(guó)從20世紀(jì)50年代初開始徑流調(diào)節(jié)的研究工作，經(jīng)過(guò)40多年的實(shí)踐，發(fā)展較快，研制了許多實(shí)用模型，尤其是在水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度和梯級(jí)、跨流域水庫(kù)群補(bǔ)償調(diào)節(jié)方面建立了多種各具特色的模型。徑流過(guò)程的處理，有確定型的，有隨機(jī)型的。汁算方法有常規(guī)方法，如調(diào)度圖和判別式法;有優(yōu)化方法，如動(dòng)態(tài)規(guī)劃、線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃和逐步優(yōu)化算法(POA)。并在制定水電站水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度規(guī)則方面有所創(chuàng)新 。2100433B

進(jìn)行設(shè)計(jì)的中型電源大多具有年、季調(diào)節(jié)。通流調(diào)節(jié)首先要研究調(diào)節(jié)程序，也就是計(jì)算方法。采用優(yōu)化運(yùn)行的徑流調(diào)節(jié)計(jì)算程序有兩個(gè)問(wèn)題：一是計(jì)算中優(yōu)化調(diào)節(jié)的前提條件與電站投入后的具體情況能否相符；另一為按優(yōu)化調(diào)節(jié)（通常取歷時(shí)保證率）成果，選擇代表年時(shí)可能出現(xiàn)插花破壞的月份使代表年電力平衡出現(xiàn)不合理現(xiàn)象。為避免這種情況發(fā)生，有時(shí)不得不超規(guī)范提高設(shè)計(jì)保證率。

首先優(yōu)化調(diào)節(jié)是一個(gè)運(yùn)行問(wèn)題，不是水電站動(dòng)能設(shè)計(jì)的任務(wù)。水電站動(dòng)能設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定電站參數(shù)，尤其是主參數(shù)——正常蓄水位和裝機(jī)容量。鑒于種種的不可預(yù)見和不確定因素，動(dòng)能設(shè)計(jì)確定參數(shù)首先應(yīng)當(dāng)可靠、可信，并留有適當(dāng)余地。挖掘運(yùn)行中潛力不是動(dòng)能設(shè)計(jì)的任務(wù)。

其次水電站在電網(wǎng)中運(yùn)行要服從電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，因此首先要研究電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行。電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度是“生產(chǎn)模型”的研究課題。離開電網(wǎng)的具體條件，研究水電站或水電群的優(yōu)化調(diào)節(jié)，其預(yù)期效果能否實(shí)現(xiàn)，是值得商榷的。既然如此，為什么要把水電站主參數(shù)的論證放在這個(gè)有爭(zhēng)議的基礎(chǔ)上呢"para" label-module="para">

為此建議具有年、季調(diào)節(jié)的中型水電站，應(yīng)按常規(guī)方法進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算：水庫(kù)按每年汛末蓄滿和枯末放空進(jìn)行操作；枯期出力按盡量拉平計(jì)算，進(jìn)行排隊(duì)計(jì)算保證率;由于采用年保證率，建議設(shè)計(jì)保證率可適當(dāng)降低，例如采用90%左右 。2100433B

調(diào)節(jié)徑流指在河流上修建一些水利工程，如筑壩（閘）形成水庫(kù)來(lái)控制河道流量變化，按照需要人為地把河流水量在時(shí)間上重新加以分配，叫做徑流調(diào)節(jié)。通過(guò)開挖渠道進(jìn)行跨流域調(diào)水，解決水量在地區(qū)分布不均的現(xiàn)象，從廣義上說(shuō)亦屬?gòu)搅髡{(diào)節(jié)范圍。按其任務(wù)，有防洪調(diào)節(jié)、興利調(diào)節(jié)，如灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、給水等；按調(diào)節(jié)周期的長(zhǎng)短，有日調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)及多年調(diào)節(jié)；按徑流調(diào)節(jié)的程度，有完全調(diào)節(jié)（全部徑流被利用）及不完全調(diào)節(jié)（部分徑流廢泄）。

徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，按其對(duì)水庫(kù)入流過(guò)程的描述方式和調(diào)節(jié)計(jì)算所采用的數(shù)學(xué)方法，大體可歸納為三類。

①時(shí)歷法： 直接根據(jù)實(shí)際徑流系列,逐時(shí)段進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算,求出調(diào)節(jié)流量、調(diào)節(jié)庫(kù)容等調(diào)節(jié)要素的全過(guò)程，然后再據(jù)以求出相應(yīng)的保證率曲線；

②概率法： 亦稱統(tǒng)計(jì)法，先根據(jù)實(shí)際徑流系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，求出徑流的概率分布(包括統(tǒng)計(jì)參數(shù))或保證率曲線，然后應(yīng)用概率論的全概率公式直接求出調(diào)節(jié)流量、調(diào)節(jié)庫(kù)容的概率分布或保證率曲線；

③隨機(jī)模擬法: 先根據(jù)實(shí)際徑流系列,應(yīng)用水文時(shí)間序列分析的理論和方法（見水文隨機(jī)模擬、水文資料生成），建立徑流系列的隨機(jī)模型并據(jù)以模擬出足夠長(zhǎng)的徑流系列，然后按照時(shí)歷法進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算?！∵@三類調(diào)節(jié)計(jì)算方法中，時(shí)歷法概念直觀、方法簡(jiǎn)單，能提供水庫(kù)各種調(diào)節(jié)要素的全過(guò)程，但當(dāng)資料系列較短時(shí),精度較差。概率法主要適用于多年調(diào)節(jié)計(jì)算,能考慮徑流的各種組合情況，只需要徑流的概率分布或保證率曲線即可進(jìn)行計(jì)算；該法直接求解比較復(fù)雜，已提出了一些多年調(diào)節(jié)計(jì)算線解圖，便于實(shí)際應(yīng)用。隨機(jī)模擬法，計(jì)算工作量較大，但兼有時(shí)歷法和概率法的優(yōu)點(diǎn)。2100433B