２０１１年１０月 水利水电快报ＥＷＲＨＩ 第３２卷第ｌＯ期 文章编号：１００６－００８１（２０１ １）１０－００３２－０４ 水库调洪有效计算方法探讨 ［法国］ Ｍ．安图内斯 摘要：２０１０年的特大洪水对中国、巴基斯坦和尼日尔造成了较大影响；２０１１年澳大利亚和巴西也发生 了特大洪水。因此，有必要及时回顾大坝发挥的防洪作用。法国电力公司对法国和智利几座水库的防洪 调控作用进行了分析研究，并对研究结果以及几座水库各自的特点和优劣势进行了比较。 关键词：水库调度；调洪计算；计算方法 中图法分类号：ＴＶ６９７．１１ 文献标志码：Ａ 在多数国家，河流附近地区人口增长较快，而该 重于大坝安全管理和水文预报置信水平间的紧密关 区域又面临着洪水的威胁，为此各国政府和社会要 系。 求提高大坝运行的安全水平。在这种情况下，鉴于 研究的第２个重要问题与洪水期间水库调度的 洪水可能造成全国性的或地区性的破坏影响，当务 组织机构（Ｏｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｎｏｅｕｖｅｓ）有关。防 之急是进行洪水管理。当前的重点是，除了优化水 洪安全管理的原则，是仅利用坝址处直接和局部观 库实时调度之外，要制定并实施更好的规划，并协调 测的数据——水位及其逐时变化。ＥＤＦ负责调度 与公共安全有关的各个部门的行动；更准确地说，对 的所有工程都使用这个原则，调度人员可以借用相 于大型水库，可通过提高水库拦蓄洪水的能力，优化 当简单的算法来计算洪水的逐时演变。拉尔科坝也 防洪管理参数，有可能会减轻洪水对下游的影响。 是应用同样的基本原理。 本着这一目的，法国电力公司（ＥＤＦ）对智利和 另外，有２个工程都短暂地应用了正常蓄水位 法国几个重大关键方案的防洪管理调度程序的可能 之上的附加库容。在必要的时候，通过调节水库的 改善措施开展了研究。本文讨论的主要问题是： 附加库容，可以提高洪水调控能力。当洪水的严重 （１）在洪水入库前，如何安排水库预泄； 风险过去之后，将在洪水结束时，再将水库拦蓄的洪 （２）运用水库正常运行水位之上的附加库容； 水下泄到下游河道，这样就不会增加洪峰的流量。 （３）在水库受到洪水显著回水曲线影响时，对 坝前水位进行可能的适应性调整。 １工程及背景 ＥＤＦ已对３座坝开展了研究：１座是位于法国 阿尔卑斯山南部的谢尔邦松坝（Ｓｅｒｒｅ—Ｐｏｎｃｏｎ），另 ２座则是位于智利比奥比奥（Ｂｉｏｂｉｏ）河上的拉尔科 １．１谢尔邦松坝 （Ｒａｌｃｏ）坝和位于安第斯（Ａｎｄｅａｎ）河上的拉佩尔 谢尔邦松坝建于１９５５—１９６０年。水库总库容 （Ｒａｐｅ１）坝。这些工程都具有相似的特征：水库总库 为１３亿ｍ ，工程位于迪朗斯（Ｄｕｒａｎｃｅ）流域。该坝 容为ｌ２—１３亿ｍ ，坝高为１３０—１４０ ｍ。虽然由于 为多用途大坝，主要用于峰荷发电、灌溉、饮用水源、 谢尔邦松地区的人口密度较高，下游的种种限制使 旅游以及防洪。 水库似乎更难管理，但拉尔科的洪水相对更严重 迪朗斯流域上游的水文情势主要取决于瓦桑 （其最大入库流量达１０ ０００ ｍ ／ｓ，而谢尔邦松仅为 （Ｏｉｓａｎｓ）地区的冬天降雪和秋季降水，条件非常恶 １ ３００ ｍ ／ｓ）。对水库预泄的优点和缺点的评估，着 劣。 收稿日期：２０１１—０６—０６ ・３２・ ［法国］ Ｍ．安图内斯水库调洪有效计算方法探讨 １．２拉尔科坝／潘戈坝 ２１初期警戒阶段 ．拉尔科坝／潘戈坝水利枢纽是智利最重要的水 利枢纽之一，由智利国家电力公司（ＥＮＤＥＳＡ）负责 运营和调度。 工程处在比奥比奥河的上游，距洛杉矶市１２０ ｋｍ。比奥比奥河流域面积为２４ ０００ ｋｍ ，工程大约 仅根据对洪水的定量预测即进入警戒的第１阶 段。通常，除了洪水发生急剧变化的时段以外，智利 国家的现有条件允许进行精确的周预报。 在此阶段，水库的调度应优先考虑国家的电力 供应。根据这一准则，并考虑到风险分析，水库预期 控制了其上游流域面积的２０％。作为流域关键性 的控制工程，拉尔科坝水库的总库容为１２亿ｍ ，控 制着上游５ ４００ ｋｍ 的流域面积。水库设计洪水入 库流量为６ ７００ ｍ ／ｓ，百年一遇洪水流量为４ ３２０ ｍ ／ｓ。 的蓄水和气象公报结果的严重程度，允许水利枢纽 排放最大的流量。 第１种方法是可以维持水库的“正常调度模 式”，同时增加水库预防性的自由库容。即便是不 可靠的气象预报，也不会诱发大坝下游的特殊风险。 例如，拉尔科电站每天可以产生０．１６亿ｍ 的自由 库容，相应地，库水位每天下降约１ ｍ。 ２．２预测阶段 潘戈坝在紧靠拉尔科坝的下游，形成了一个库 容为０．６５亿ｍ。的尾水水库。这两个工程的总水头 大约是３００ ｍ。 根据智利政府的新规定，拉尔科坝的主要作用 是调控流域洪水，允许为削减洪峰流量而进行预泄。 １．３拉佩尔坝 根据流域上游水文测量设备记录的数据，通过 模型即可以预测随后９６ ｈ的洪水过程。这样就可 拉佩尔坝水利枢纽也是智利最重要的枢纽，由 以对洪水量做出首次评估，根据该评估结果和水库 中的蓄存水量，即可计算出预泄水量。 如果预测中存在较大的误差，却仍采用以上方 法来执行计划，那么就有可能引起严重的人为洪水。 而且，当预测期比较长，或不是很了解流域内的水文 特征时，风险还会增大。另外，积雪的存在可能使计 算复杂化。 缩短预测期可大大提高预测精度。就拉尔科坝 智利国家电力公司负责运营和调度。 拉佩尔工程距圣地亚哥城１２０ ｋｍ，在安第斯河 上形成了一座水库。鉴于拉尔科坝位于其上游，因 而拉佩尔坝下游的面积还不到流域面积的５％，也 就是，说拉佩尔坝实际上在防洪方面能够发挥的作 用不是很大，仅仅只对一个位于大坝和海洋之间的 村庄可以起到防洪保护作用。 拉尔科坝的初步设计洪水流量为１０ ０００ ｍ ／ｓ， 千年一遇洪水流量为１２ ４００ ｍ ／ｓ（流域面积大约为 １３ ６００ ｋｍ ）。 而言，鉴于流域的整体情况，可靠的预测期不能超过 ２４ ｈ。在如此短的时间框架内，水库需提前排放大 水库上部的水面较宽，而水库下部是很窄的峡 谷。这一特定的水库形状，在其后半段形成了一个 非常明显的回水曲线。水库中心与坝前水位之间有 ５０ ｃｍ的水位差。 量的水，这就意味着在洪水入库之前，会增加下游的 风险。 另一方面，尽管９６ ｈ的洪水过程的预测可靠性 要差得多，但它可以显著减小预泄流量，同时也可保 证水库下泄相同的水量。 为了减小下游的人口、财产可能会受到的风险， 并考虑到调度者的责任，可以选择第２个方案，即在 洪水入库之前，先腾空水库。这样，当水库下泄时， ２水库预泄 智利新规定要求关键性的控制工程需提前启动 洪水管理程序，在洪水入库前应进行预泄，预降水库 水位，而法国法律则禁止此类调度。这一预防措施 是基于水文气象站和模型预测所提供的成果。 为了应对智利新规定的要求，ＥＤＦ和智利国家 电力公司已进行了联合研究，以采用最有效的方式 进行拉尔科坝的预泄管理。 就不会给下游造成破坏性的风险。已开展了这方面 的专项影响评估，以评估大坝和下游首次汇流之间 的最大可接受的流量。 ２．３结论 在智利现行的法律范围内，对于预防性调度机 ・３３・ ２０１１年１Ｏ月 水利水电快报ＥＷＲＨＩ 第３２卷第１０期 构来说，可以考虑采用２种调度模式，以限制洪峰流 量可能造成的不利影响。 容。通过临时扩大库容，可以达到防洪作用，也可以 将其当作是对一般防洪调度计算方法的补充。谢尔 （１）在７ ｄ气象公报的基础上采用洪水初期警 戒措施，允许用最大的流量发电，并将其输送到国家 电网，同时保持正常的调度模式。 （２）依据流域上游水文测量设备提供的测量资 料和数据，预测水库的预泄水量。考虑到该预测有 可能产生较大误差的风险，因而应对水库预泄流量 强加一些严格的限制条款。 邦松坝有自己的调度管理系统，当库水位超过正常 最高水位时，能使水库内的水体缓慢下泄，这样可以 保持水库人流和出流间的平衡。当洪水消退，入库 流量大幅下降时，调度要求库水位缓慢下降，以使水 流能通过电站厂房内的涡轮机，而不是由溢洪道排 放。只有当洪水消退而无危险存在时，水库才可以 接受需要的超额水量。 ３洪水期短暂利用附加库容 ３．１ ＥＤＦ的主要防洪安全指令 设想对可应用于ＥＤＦ负责调度的水电工程，尤 在执行洪水期利用水库的附加库容进行临时性 拦蓄洪水措施时，必须基于以下条件：即除了进行环 境、社会和行政管理的评估以外，还必须对大坝的稳 定性和库岸状况进行详细的研究。 ３．３拉尔科电站对相关原则的适应性 其是谢尔邦松水电站的通用防洪管理原则作适当的 修改，以使其也能同样适用于拉尔科和拉佩尔水电 站的防洪管理。 谢尔邦松坝的通用防洪指令是基于出流量有规 律地定时增加，以平衡水库的入流和出流，从而使水 库保持满库。定期对洪水的调度量进行计算，以使 拉尔科坝同谢尔邦松坝特征的类似，对控制比 奥比奥河流域的洪水能够起到关键性的作用。然 而，其坝址处的应力状态和溢洪道的自然特征，使得 枷 水库附加库容的水层高度限制在０．５０ ｍ以内，库 容相应增加０．１６亿ｍ ，蓄水水位在７２５．０～ ７２５．５ ｍ范围之间。 水库在洪水期过后也能保持蓄满状态。 为了获得可靠的当地实测的水库人流量，应在 坝前定时观测水位的变化（△日）。根据坝前水位的 变幅和已知的泄流量，即可以计算出水库的入流量。 假设水库的人流量为常数，而出流量为定时增 长，那么可以在图上用一条抛物线表示。如果人流 量改变，则出流量的增长也会发生变化，这时调度人 逐步利用附加库容，可实时观测和记录最高水 位，并作为洪水动态的函数。人流量增加很快的洪 水趋向于在７２５．５ ｍ水位左右；而人流量增加较缓 慢的洪水，则即使是相同的洪水量，也只会使用该附 加库层的一部分。 员就可以绘制一系列的收敛抛物线，根据绘制的这 些抛物线，可对洪水演变状况进行评估。 这些原则已考虑到在定期观测水位变化的基础 由图１可以看出，通过预降库水位和利用部分 附加库容（在这种工况下，库水位最高到 ７２５．２２ ｍ），水库拦蓄的洪峰水量。洪水期水库的 最大出流量远低于入库的洪峰流量。 ７２７ ７２６ ７２５ ７２４ ７２３ ｂ 上建立洪水演算指令。出流量增长步长的选择用图 上的点表示，这些点代表某一时刻的实际情况（库 水位增长，水位），这种情况与图上该点下面最近的 抛物线有关。 ３．２谢尔邦松坝的特点 Ｉ厂 讥莹 ７２２园 ７２１＊ 一 谢尔邦松坝在法国迪朗斯流域的防洪中起到了 关键性的作用。尤其是，该大坝的防洪任务是推迟并 尽量削减洪峰，以便提高流域下游的防洪标准。迪朗 斯河与无调控的比齐（Ｂｕｅｃｈ）河汇流的洪水给下游带 来了很大的风险，特别是下游的锡斯特龙（Ｓｉｓｔｅｒｏｎ） 镇。 ０ ２４ ４８ 一７２ ７１７ ９６ １２０ １４４ １６８ １９２ ２ｌ６ ２４０ 量． ：７１９ ７ｌ８ ７２０ 时间／ｈ 图１预降库水位和利用部分附加库容拦蓄的 洪峰水量 洪水期允许短暂利用水库中附加高２ ｉｎ的库 ．３４． ［法国］ Ｍ．安图内斯水库调洪有效计算方法探讨 ４防洪调度回水曲线 就拉佩尔水电站来说，大坝位于流域的下游，不 科坝都适用的指令。但引进了新的概念，这种新概 念是考虑简单地改变参考水位来进行洪水管理。 这种适配方法的原则是建立在测站稳定人流量 和实测回水曲线之间关系的基础上。然后将水位差 要求其能够减缓洪水。从这点来看，也就不需要利 值结合到调洪计算曲线图中，以求得一个新的瞬时 水位参考值，这样也给调度人员提供了一组以新水 位参考值为依据的曲线。拉佩尔坝的调洪计算是每 小时迭代计算一次，相应水库调度更新一次。 如果参考水位为常数，则只需观测坝前的水位； 用水库的附加库容。 与拉尔科坝相比，拉佩尔水电站的调洪计算规 则因其他原因而进行了专项研究。拉佩尔水库形态 所具有的特殊性，使其上游库区宽阔，河流坡度比较 平缓；而下游库区则狭窄、陡峭，为岩石峡谷。当洪 反之，在调洪指令要求变化的参考水位的地方，则还 水流量足够大时，就会在下游库区形成明显的回水 需观测水库中部的水位。 曲线。可以观察到，在特大洪水期间，水库的中心区 最后，为了保证参考水位持续平稳地下降，有可 域与坝前的水位差大约为５０ ｃｍ。 能采用合理的精度水平来考虑短期预测人流量（提 当入流量增加时，现有规则（基于水库调度人 前６ ｈ）。在缺少这些数据的情况下，则会采用瞬时 员的经验）。已考虑了在进行水库调洪计算时降低 人流量的数据以恢复控制，而不会致使控制中断。 参考水位的这一变化。 邱训平译自英刊《水电与大坝）２０１１年第１期 为制订防洪规则而进行的研究，试图采用相同 山松校 的基础来解决问题，以便得到对谢尔邦松坝和拉尔 （上接第２６页ｌ 道内的锚索应该建造在当前的坝体轮廓线以内。在 索加荷到超过其最小破坏荷载的７０％，使得这些锚 坝坡上钻一些直径为１．２ ｍ的孔洞，深入坝体内３ 索成为世界上受力最大的地锚。 ｍ，以安装钢筋混凝土预制的上端锚块，使荷载能分 配到结构中去。坝肩锚安装于一个经特殊设计的位 ３长期维护 于护墙标高以上的混凝土梁中。 钻孔工作采用Ｒｏｔｏｍｅｃｈ钻机３５０ ｍｍ的井内锤 新安装的后张应力锚索将会由塔斯马尼亚水电 （ＤＨＨ）完成。钻孔通过混凝土直达坝基，最长的钻 集团按５ ａ一次进行监测，对其第１次检查安排在 孔长约７８ ｍ，整个工程共计完成钻孔约６．２ ｋｍ。 ２０１０年１１月一２０１１年３月进行。为了进行这些测 现代的后张锚全部在现场制造，使用专业设备 试，已经对移动式门架进行了修改，以便能够承载所 将锚索打开并抹上油脂，然后在自由段上安装一个 有的荷载监测设备。 ２０ ｍｍ的ＨＤＰＥ套管。将粘结段锚索清理干净并让 对首批安装于溢洪道上的４个锚的测试工作已 其裸露，将所有的锚索都扭编成沙漏形状，以增加其 经完成，结果证明它们均处于良好的状态。对这些 与该地段辉绿岩的粘结力。 锚索进行的提升测验发现，在过去的数年中，其应力 完成的锚索被安装于锚孔中一个部分有波纹， 损失很小，完全处在可以接受的范围内，并且低于同 部分为光滑的聚乙烯护套里，以Ｇ等Ｏｉｌｗｅｌｌ和ＧＰ 规格锚固工程中所观察到的应力损失。 水泥对孔洞进行灌浆。一旦灌浆达到了所要求的强 胡云鹤译自英刊《水电与大坝＞＞２ｍ０年第８期 度，就用一个特制的２ ２００ ｔ容量的油压千斤顶将锚 赵树湘校 ・３５・
