[科普中国]-水电站径流调节

简介

利用水库或湖泊(天然水库)，按发电、防洪和其他综合利用水资源的要求，改变河川径流时空分布的理论和方法。水电站水库的径流调节，在改变河川径流时空分布时，也同时改变水能的时空分布。河川水流的丰枯周期变化及其随机性，常不能适应发电、防洪及其他水资源利用部门的要求，需要进行径流的时空再分布。径流调节的基本途径是利用水库的容积和泄流设施储存和泄放水量，通过调节周期的水量平衡，进行水库运行的决策，从而改变径流及水能的时空分布，达到合理地满足发电、防洪及其他水资源综合利用用户要求的目的。经过水库调节以后，较能适应水资源用户要求的流量，叫做调节流量1。

径流调节种类和要求根据服务对象不同，径流调节可分为发电径流调节、洪水调节和为其他综合利用部门进行的径流调节。根据水资源综合利用各用户的特点，对径流调节提出了不同的要求。

（1）发电径流调节。河川天然径流在年季间变化较大，在一天内则较稳定。电力用户的用电特性则相反，在年季间变化相对较小，在一天内变化较大。发电径流调节是利用水库把某些时期相对多余的来水量蓄存起来，在相对缺水时补给用以发电，以适应电力系统的需求。发电径流调节计算又叫做水能计算。

（2）洪水调节。水库为下游防洪及保坝，在汛期拦蓄洪峰，当出现与下游防洪区防洪标准相应的洪水时，使下泄流量与区间流量(当有支流加入时)汇合后不大于下游防洪区的安全泄量，以减免下游洪灾。当出现较稀遇的洪水时，允许在水库安全范围内超蓄，并加大泄量，以保证大坝安全。

（3）其他综合利用(含航运、灌溉、供水、环境保护及旅游等)径流调节。①航运要求库内或下游河道在通航季节维持一定的水位以保持航深。并要求流速和水位变率不大于某一限度，故对重要的航运河段，还要进行明渠不恒定流计算。②灌溉要求合适的取水高程，并在农作物褥灌水季节(旱季)，放水灌溉。③供水(主要是城镇工业和居民生活用水)要求一年各季均匀供水，并有较高的水质要求。④环境保护(含渔业等)及旅游等主要是对水位和水深的要求。

径流调节的各用户，均应有各自的保证率，一般以城镇供水最高，发电、航运次之，灌溉及其他部门较低2。

水电站径流调节的特点其特点主要包括两方面。

(1)水能的要素为流量和水头。在径流调节过程中，水库的充蓄和消落直接导致库水位的变化，水库长期维持高水位，固然可取得较大的水头，但由于未充分利用库容调节径流，增加枯水期的调节流量，对增加保证出力和年发电量，都是不利的。相反，若水库水位过度消落，虽常可取得较大的枯水期调节流量，但由于低库水位导致水头的降低，也可能使保证出力和发电量减少。故水电站径流调节，必须全面照顾调节流量和水头的利用，进行有利的决策。

(2)水电站的水库即能库。水电站消落调节库容(不含防洪库容，或称兴利库容、有效库容)而增加的调节流量与本电站及其下游梯级电站利用的总水头而形成的能量，叫做水库蓄能。水库蓄能可较全面地体现水电站水库的凋节作用。在考虑河流梯级开发方案时，应尽量将水库布置在上游，以取得较大的控制水头，增加水库蓄能，从而增加调节能力;当水电站开发方式及水库容积已定时，水电站的径流调节的任务就是最有利地利用其蓄能，以取得最大的发电效益3。

水库调节性能水库调节周期为水库从库满到放空再蓄满(或从库空蓄满再放空)所需的时间。水库调节性能(不含洪水调节)，按其调节周期长短可分为日调节、周调节、季(年)调节和多年调节四种。在径流特性相同的情况下，调节周期越长需要的调节库容越大，发电效益也越大。具有较长期调节性能的水库也同时具有较短期调节的性能。

(1)日调节。水库的调节库容可在每天将低负荷时多余的水蓄起来，在高负荷时用，调节周期为一天。

(2)周调节。除进行日调节外，还可在每周将用电负荷降低时(如周末)多余的水蓄起来，增加在高负荷时(如工作日)的发电流量，调节周期为一周。

(3)季(年)调节。在每一年中蓄存丰水期多余的水量供枯水期用，以提高枯水期的出力，其调节周期为季(年)。

(4)多年调节。能将若干丰水年的多余水量蓄存起来供枯水年或若干连续枯水年使用，调节周期在一年以上2。

径流调节计算径流调节计算的任务和目的，是在满足各项约束条件的前提下，为最大限度地满足发电、防洪及其他综合利用的要求，在调节周期内进行水量及能量平衡计算，从而进行水库运行的决策，并模拟水库未来运用情况，计算出调节效益指标及水库运行特性，作为规划、设计的基础及为水库建成后的运行作参考。径流调节的基本依据是河川的径流资料，而河川径流具有周期性、随机性和不重复性。按对径流过程的处理方法不同，径流调节计算方法可分为时历法、数理统计法和随机过程法三类3。

水电站群的径流调节水电站群有三种类型:

①无水力联系，各水电站不在一条河上，即跨流域水电站群。

②有水力联系，即水电站梯级，上游电站下泄的流量流入下游梯极电站。

③混合式，兼有上述两种类型的水电站群。

水电站群的径流调节，必须以水电站群总发电效益最大为原则，制定各电站的运行方式，进行水量和能量的平衡1。

反调节当上游水库按某综合利用用户用水要求进行调节时，因不能适应下游其他综合利用用户的需要。而必须进行的径流重新调节。如发电日调节造成下游日内不均匀流量，影响下游通航或灌溉、供水等，而需用水库将不均匀来水调匀，以适应下游有关综合利用用户的要求3。

国内关于径流调节的研究中国从20世纪50年代初开始径流调节的研究工作，经过40多年的实践，发展较快，研制了许多实用模型，尤其是在水库优化调度和梯级、跨流域水库群补偿调节方面建立了多种各具特色的模型。径流过程的处理，有确定型的，有随机型的。汁算方法有常规方法，如调度图和判别式法;有优化方法，如动态规划、线性规划、非线性规划和逐步优化算法(POA)。并在制定水电站水库群联合调度规则方面有所创新1。