水电站水库的调度图解析

在选择水电站主要参数时，是把过去水文资料作为设计依据，这等于假定水电站未来的水文情势与过去相同。当水电站处于实际运行阶段，在没有长期水文预报条件下，未来水文情势是不知道的。因此，为了能合理进行水库调度，在安全可靠基础上充分利用水资源，在运行期间需要一个运筹水库放水的客观准则，这就是应用水库调度图的出发点。

在水库入流无长期预报条件下，确定年内各时刻库水位（或蓄水量）来决策水库蓄泄过程，以确保设计要求的实现，如正常供（电）水和减少丰水期弃水量、综合利用各部门关系协调等，这样确定的库水位（或蓄水量）过程线，称水库调度图。

应该指出，水库调度图不仅用来指导水库运行，在规划设计中也是检验主要参数的重要依据。没有水库调度图，难以合理地求出诸如多年平均电能、装机容量、死水位等重要参数。

水库调度图是由几条水位（或蓄水量）过程线组成的，一般叫调度线（见图12-25）。图中有防破坏线、限制出力线、防弃水线、防洪调度线（包括防洪迫降线FG）等，这些调度线把调度图划分成几个调度区。当水库水位（或蓄水量）落在某区时，就按各区所规定数量来放水。例如第①区为正常供水区，可按正常用水量供水，对于发电水库，则以保证出力工作。第③区为最大供水区，可按最大供水量放水或装机容量工作。第②区为加大供水区，供水量介于第①和第③区之间，对于发电则以加大出力发电。第④区为防洪限制区，当水库水位落在该区时，必须按水库设计所规定的防洪要求进行放水。第⑤区为降低供水区，或叫限制出力区，水库供水量应缩减，它一般见于设计保证率以外的特枯年份，正常供水允许破坏，但应尽量均匀地减低供水量。

图12-25　年调节水库调度图

在无长期预报情况下，按照以上调度原则操作的好处是：当出现设计枯水年时，保证能大于或等于设计流量（或保证出力）供水，不致因人为操作不当而使正常供水遭受破坏。当出现平、丰水年时，也可做到比较有效地利用水量，尽量减少弃水，以增加季节性电能。它既能保证在出现设计洪水时，使水库有足够的防洪库容，使洪水安全下泄，同时又能保证汛后水库及时回蓄，以满足兴利要求。

调度图之所以有这些作用，是由于它是分析历史水文系列的各种来水情况，并根据这些资料绘制而成的。下面以年调节水库为例，介绍各种调度线的绘制。

一、防破坏线绘制方法

防破坏线的作用是在设计保证率范围内，保证正常供水不遭受破坏。也就是当来水大于、等于设计枯水年的年份，正常供水应当保证，而那些特枯年份是允许破坏的。因此，只须研究大于、等于设计枯水年的那些年，并给以保证就可以了。例如任取这样的一年来讨论，对它从供水期末由死水位开始进行逆时序水量平衡计算（见表12-13）。表中正常供水量设为20（m3/s）.月。供水期末在三月底，以该时刻作起始点，以库空即死水位作零点起算，3月份天然径流比正常供水少10（m3/s）.月，其不足水量必须依靠水库补给。也就是说，为了保证3月份正常供水，水库在3月初要积存水量至少不低于10（m3/s）.月。同理为了保证2、3月份正常供水，2月初水库库存水量必须大于22（m3/s）.月。依此类推，一直到12月初供水期开始时刻，水库应存蓄水量为43（m3/s）.月。此后再逆推到11月，该月来水比用水大4（m3/s）.月，因此月初库存水量可以降到39（m3/s）.月也能保证到供水末的一段时间内的正常供水量。此后，10月份来水较丰，因此在十月初，水库即使处在死水位也能保证月底蓄到39（m3/s）.月。由于10月份以前的9、8、7、6、5月来水均大于用水，所以不蓄也无妨。对这一年而言，水库可以从10月份开始蓄水，且最大蓄水量只需要43（m3/s）.月，低于有效库容77（m3/s）.月，所以各月蓄水量只要不低于计算出的水库蓄水量，则该年是能够保证的。如实际水位恰好在此水位过程线上，即能保证供水，直到供水期末，水量正好用完。

表12-13　防破坏线计算表　有效库容77（m3/s）.月

以上是任取一年的情况。如果对所有该保证的那些年，都用同样方法求各月水位（或蓄水量）过程线，这就有好多条保证各自供水的过程线，如图12-26的几组曲线。如果以其外包线（图中粗线）作为正常供水的起始判别，进行调度，上述这些年的正常供水，必能保证。这条外包线即为防破坏线。当某时刻库水位在此调度线以上时，可以加大供水，在此线上或此线以内按正常供水，就能保证这些年不会破坏。由计算表明，决定防破坏线的是接近设计枯水年的那些年份和年内分配十分不利的年。因丰水年水量较大，要求水库供水不多，绘出的水位过程线一般也比较低，在决定外包线时，并不起作用。因此，在绘防破坏线时，常常不需要选很多年，只需选择年水量接近设计枯水年的那些年，及年内分配很不利的情况就可以了。

图12-26　防破坏线的绘制

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图12-27　防洪调度线绘制

二、防洪调度线绘制方法（下游无防洪要求时）

防洪调度线的作用是确保设计范围内的洪水能安全下泄，不因调度不当而遭受意外的损失。绘制方法：可通过实测和调查历史洪水资料，分析洪水发生最迟时刻tk，由tk在防破坏线上查得相应的a点（见图12-27），则a点以左的水平线即为水库汛期（防洪）限制水位。在tk以前的蓄水期（主汛期），水库兴利蓄水不允许超过此水位。然后以a点作为起调水位，对设计洪水进行调洪演算（调洪演算方法见第十三章），绘出水位过程线到正常蓄水位为止，此过程线即为防洪调度线。当水位落在该曲线以上时，即应按最大泄量（或防洪调度所规定的放水规则）下泄。图中也可加绘另一支防洪迫降线FG，它由汛期洪水最早开始日期tF开始，仿照防弃水线的绘制方法来逆推绘出。

三、防弃水线绘制方法

为减少弃水增发电能而设置防弃水线。绘制方法：可以选用年水量或汛期水量的保证率为（l-P）的典型年过程线（其中P为水库设计保证率），按水电站预想出力所相应的流量，从tk时刻a点水位（图12-28）开始，逆时序作水量平衡计算，经过b点再反推到正常蓄水位c。同样从a点开始作顺时序水量平衡计算，直到正常蓄水位时的点d，作为防弃水调度线。防弃水调度线的绘制，多少带有经验性，理论根据不足。如为什么选（l-P）的典型年，又如绘出的防弃水线有时可能与防破坏线相交等不合理的现象。

防弃水线的绘制，从原则上可以这样认为，按某一条水位指示线操作，在满足防破坏要求的条件下，在长期运行中使得多年平均电能最大，则此水位指示线为防弃水调度线。但绘制过程要试凑，工作量较大。这样绘出的防弃水调度线，实质上也可叫优化调度线。

图12-28　防弃水线绘制

四、限制出力线绘制方法

限制出力线的作用是使允许破坏的那些特枯水年供水不至于完全中断，以免水电站突然大量降低供电。限制出力线目的是提前限制供水，逐步降低其供水量。因此，绘制限制出力线，可用绘制防破坏线相同的那些来水年份（即在保证率范围内的天然来水），以顺时序按保证出力操作，并取下包线即可。在此线以下，正常供水肯定要破坏，所以要降低出力工作，或缩减供水；此线以上，防破坏线以下为保证出力区。

图12-29　多年调节水库调度图

以上是年调节水库各调度线的作用和绘制方法。对于多年调节水库调度图，原则上可仿照年调节方法绘制，所不同的是先只对多年库容中的年库容部分来绘制上述防破坏线等（年库容计算可近似采用设计保证率相应水量年份来水进行完全年调节计算而得）。而限制出力线可以由已绘出的防破坏线向下平移一个多年库容的距离，到死水位即可（见图12-29）。这种方法的缺点是人为划分年和多年库容，同时，限制出力线的依据也不足。

调度图是否安全可靠，取决于水文资料的代表性。当实测水文系列不长时，以此作出调度图并不十分可靠。

此外作出调度图后，应当用长系列水文资料进行验证，以检查调度线的合理性，必要时修正调度线。