调控目标的分析与优化

黄河上游龙羊峡、刘家峡梯级水库的调度目标，应从梯级水库满足兰州断面供水目标、梯级水库发电目标及水沙调控目标三方面进行分析。其中，2010现状水平年兰州断面的供水量如图8-5所示，2010现状水平年梯级发电量如图8-6所示。

8.1.2.1　供水

图8-5　2010现状水平年兰州断面实际供水量与需水量

图8-5为2010现状水平年兰州断面实际需水量与供水量长系列变化过程。2010现状水平年兰州断面月平均需水量为19.96亿m3，最大值为37.56亿m3，最小值为10.51亿m3，年需水总量为238亿m3。在不考虑水沙调控目标时，方案1兰州断面月平均实际供水量为24.60亿m3，最大值为102.78亿m3，最小值为10.87亿m3，多年平均供水量为295.30亿m3。在考虑水沙调控目标时，方案2兰州断面月平均实际供水量为24.59亿m3，最大值为75.41亿m3，最小值为10.87亿m3，多年平均供水量为295.10亿m3。在相同的需水过程下，方案2的多年平均供水量较方案1仅减小了0.20亿m3，但方案2较方案1供水量的最大值减小了27.37亿m3，减小幅度明显。各方案最小供水量相同且均高于兰州断面最小需水量。相对于方案1供水量变化幅度大，方案2的供水量则呈现出明显的分段特征：在水沙调控年份的4月均出现较大的供水量，供水量在50.21亿～75.41亿m3的次数为26次；其他未调沙年份的月供水量大多在40亿m3以下。主要原因是：受水沙调控期间龙羊峡、刘家峡加大出库流量的影响，调沙年份兰州断面4月的供水量均较大，呈现出明显的高平稳序列，其他月份龙羊峡、刘家峡梯级仅满足兰州断面需水量，供水量明显较小。经统计，55年中方案1、方案2兰州断面年供水保证率均为76.4%，高于设计值75%。可见，2010现状水平年考虑或不考虑水沙调控时，龙羊峡、刘家峡梯级水库长系列运行均能满足兰州断面供水需求。此外，水沙调控改变了梯级水库的供水规律：方案2调沙月份要求的大流量出库过程使得兰州断面供水量达到极大值，其他月份的出库流量更趋于基本的需水过程，较方案1变幅较大的供水过程，水沙调控使兰州断面供水过程趋于两阶段内的平稳化。

8.1.2.2　发电

2010现状水平年各方案梯级水库发电量的变化过程如图8-6所示。黄河上游梯级发电量为龙羊峡、拉西瓦、公伯峡、李家峡、积石峡、刘家峡、盐锅峡、八盘峡、大峡、青铜峡10座水电站发电量之和。

图8-6为方案1、方案2的黄河上游梯级发电量长系列变化过程。方案2长系列变化过程中未受水沙调控影响的1956—1960年、1991—1997年、2000—2010年梯级发电量与方案1不考虑水沙调控的相应值较为接近，调沙年份及水沙调控的后续年份梯级发电量将受到影响。方案1在不考虑水沙调控目标时，梯级多年平均发电量为453.2亿k W·h，最大值为708.8亿k W·h，最小值为309.0亿k W·h。方案2在考虑水沙调控目标时，梯级多年平均发电量为450.4亿k W·h，最大值为649.4亿k W·h，最小值为309.0亿k W·h。方案2较方案1的梯级水库多年平均发电量减小2.8亿k W·h，方案2较方案1的最大值减小59.4亿k W·h，最小值相同。可见，考虑水沙调控目标将影响黄河上游梯级水库的梯级发电量，使多年平均发电量有所减小。主要原因是：水沙调控期间龙羊峡水库加大出库流量，刘家峡水库配合水沙调控运行加大流量下泄调沙水量，水沙调控所需的流量远大于梯级水库的最大过机流量，使得梯级水库在水沙调控期间产生弃水，多年平均发电量有所损失。此外，相比方案1梯级发电量的变化过程变幅较大，方案2考虑调沙时梯级发电量的变化范围减小，发电量变化过程较为平稳。主要原因是：水沙调控增加了长系列梯级水库的弃水量，从而梯级发电量峰值减小，变化范围减小。经统计，方案1、方案2的梯级发电保证率均为92.7%，发电保证率均高于设计要求。可见，2010现状水平年考虑水沙调控目标，梯级水库仍能满足发电要求。

图8-6　2010现状水平年梯级发电量变化过程(www.xing528.com)

8.1.2.3　水沙调控

根据1956—2010年黄河上游长系列径流过程，在满足2010现状水平年综合用水要求的条件下，梯级水库实施长系列水沙调控，控制流量为2580m3/s，持续时间为14天。方案2长系列55年中可进行水沙调控的最大年数为26年，分别为1961年、1963—1969年、1975—1980年、1982—1990年、1993年、1998—1999年的4月，平均2年1次，水沙调控频率较为理想。调沙时段龙羊峡、刘家峡梯级水库出库流量大幅增加，说明2010现状水平年的需水条件下，黄河上游具有一定的调沙潜力，能够达到平均2年进行1次适中力度的水沙调控，有助于缓解沙漠宽谷河段泥沙淤积、冲刷河道。

通过对2010现状水平年黄河上游梯级水库长系列水沙调控的水库运行指标及水电站调控目标满足情况的分析，有效对比了考虑水沙调控与不考虑水沙调控梯级水库自身的运行规律的改变，以及对各调控目标的影响。2010现状水平年各方案计算结果见表8-3。

表8-3　2010现状水平年各方案计算结果

由表8-3对比分析可知：

（1）水沙调控运行显著改变了龙羊峡的出库流量规律，4月水沙调控要求的大流量过程使龙羊峡水库出库流量达到极大值，改变了4月供水期仅满足供水、发电需求的梯级水库出库流量规律。

（2）水沙调控运行改变了龙羊峡、刘家峡水库水位的变化过程，但未对梯级水库蓄水量产生影响，且水沙调控运行提高了龙羊峡、刘家峡水库的利用效率，最大化地发挥了梯级水库的调节潜力，实现了多目标调控目标。

（3）水沙调控运行对梯级水库多年平均发电量及供水量有略微的影响，但均能达到设计要求，且调沙次数较为理想，能够达到缓解沙漠宽谷河段泥沙淤积的目的。

因此，2010现状水平年条件下黄河上游梯级水库具备水沙调控的可行性及实施条件，能够满足多目标利用要求，特别是水沙调控要求。