主题：三峡梯级与清江梯级联合调度

三峡梯级与清江梯级联合调度
丁毅 纪国强
长江勘测规划设计研究院，湖北武汉 430010





2006-5-17 　来源：长江水利网


摘　要：长江是我国第一大河，清江是长江出三峡后南岸的第一条较大支流，三峡梯级与清江梯级是长江流域治理开发的重要工程。三峡是长江中下游防洪的关键工程，清江梯级也承担长江中下游防洪任务，三峡梯级与清江梯级联合调度，可提高工程防洪效益；三峡梯级电站和清江梯级电站是华中电网重要支撑电源，清江梯级电站调节性能良好，清江梯级与三峡梯级联合调度，可减少三峡等电站汛期被迫调峰的弃水电量，提高三峡电站季节性电能的利用程度，可提枯水期系统水电站群的发电出力。

关键字：三峡梯级 清江梯级 联合调度 效益

1 概述

长江是我国第一大河，发源于青藏高原的唐古拉山各拉丹冬雪山西南侧，干流全长6300余km，仅次于尼罗河、亚马逊河居世界第三位。流域面积180万km2，占我国陆地总面积的18.8%，流域内居住着全国1/3的人口。

清江是长江出三峡后南岸的第一条较大支流。发源于鄂西恩施州利川市齐岳山，于三峡工程下游约70km处汇入长江。河流全长423km，总落差1430m，流域面积16700km2。清江流域属副热带季风气候区，暖湿多雨，雨量丰沛，平均年降水量1400mm。

三峡梯级由三峡、葛洲坝两枢纽组成。

三峡水利枢纽是治理开发长江的一项关键工程，具有防洪、发电、航运等巨大的综合利用效益。防洪方面可将荆江河段的防洪标准由目前的约10年一遇提高到100年一遇，遭遇大于100年一遇特大洪水时，辅以分洪措施可防止发生毁灭性灾害。发电方面，电站装机容量1820万kW，年发电量847亿kW·h，对缓和华中、华东、华南地区能源紧张状况有重要作用。航运方面，可改善长江特别是川江渝宜段（重庆—宜昌）的航道条件，提高下游河段的枯水流量和航深，对促进西南与华中、华东地区的物资交流和发展长江航运事业具有积极作用。此外，还具有巨大的养殖、旅游等方面的效益，是一个条件优越、效益显著的综合利用水利枢纽。三峡工程正常蓄水位175m，汛期防洪限制水位145m，枯季消落最低水位155m，相应的总库容、防洪库容和兴利库容分别为393亿m3、221.5亿m3和165亿m3。三峡工程1994年开工建设，2003年实现发电、通航，2009年工程将全面竣工。

葛洲坝工程是在长江干流上建设的第一座大型水利枢纽，工程位于长江三峡出口南津关与宜昌市城区之间，距三峡工程坝址约40km，是三峡枢纽的航运梯级。工程1989年枢纽建成。葛洲坝工程正常蓄水位66m，装机21台，装机容量2715MW，多年平均发电量157亿kW·h。

清江梯级由水布垭、隔河岩、高坝洲三个水利枢纽组成。

水布垭水利枢纽位于清江干流中游河段，上距恩施市117km，下距隔河岩水利枢纽92km，距清江河口153km，是一个以发电为主，兼有防洪等综合利用的大型水利枢纽工程。水库正常蓄水位400m，死水位350m；水库总库容45.80亿m3，其中调节库容23.83亿m3，具有多年调节性能；水电站装机容量1600MW，保证出力310MW，多年平均发电量39.2亿kW·h。

隔河岩水利枢纽下距清江河口62km，是一个以发电为主，兼有防洪、航运效益的大型水利枢纽工程。正常蓄水位200m，相应库容31.2亿m3，死水位160m，兴利库容19.75亿m3，水库具有年调节能力。电站装机容量1200MW，保证出力187MW，年发电量30.4亿度。工程于1986年10月开始施工，1994年完建。

高坝洲水利枢纽是清江干流最下游一个梯极，位于隔河岩枢纽下游50km处，距宜都市12km，是隔河岩水利枢纽的反调节梯级，正常蓄水位80m，死水位78m，总库容4.86亿m3，调节库容0.54亿m3，死库容3.49亿m3，装机容量252MW，保证出力61.5MW，年发电量8.98亿kW·h。

三峡工程是长江中下游防洪的关键工程，清江梯级也承担长江中下游防洪任务，三峡梯级与清江梯级联合调度，可提高工程防洪效益；三峡梯级电站和清江梯级电站是华中电网骨干电源，清江梯级电站调节性能良好、三峡电站也具有一定调节能力，清江梯级与三峡梯级联合调度，可减少三峡等电站汛期被迫调峰的弃水电量，提高三峡电站季节性电能的利用程度，提高枯水期系统水电站群的发电出力。

2 防洪调度

2.1 长江中下游防洪形势

长江是我国第一大河，长江中下游平原地区是我国工农业发达地区。2003年底，全流域人口占全国总人口的34.0%；耕地面积约占全国耕地的27.8%；国内生产总值约占全国的37.1%。

长江流域属亚热带季风区，暴雨频繁，洪灾分布很广，特别是主要由堤防保护的中下游平原区最为严重。19世纪中叶，发生了1860年和1870年两次特大洪水。20世纪以来，长江又发生了1931年、1935年、1954年、1998年的特大洪水，历次大洪水都造成了重大的灾害。

中华人民共和国成立以来，经大力整修堤防、开辟分蓄洪区、结合兴利修建具有防洪能力的干支流水库及整治河道等工程措施，长江防洪建设取得了重大的成就，江河、湖泊抗洪能力普遍提高。但长江的防洪形势依然严峻，主要表现在以下几个方面：

（1）洪水来量远远超过长江中下游各河段的安全泄量，据历史记录和调查资料，自1153年以来，宜昌流量超过80000m3/s的有8次，而目前上荆江只能安全下泄60000～68000m3/s，城陵矶附近约60000m3/s。洪水来量大与河道泄洪能力不足的矛盾非常突出，只能采取分蓄洪措施，以保证重点区和重要城市的安全，尽量减少淹没损失。

（2）在三峡工程建成发挥作用前，荆江河段遇特大洪水时还没有可靠对策，可能发生毁灭性灾害。

（3）分蓄洪区建设滞后，计划分洪十分困难，一旦分洪，要付出很大代价。

（4）堤防工程虽经大力加固，但仍存在薄弱环节和隐患。

（5） 长江中下游干流河道局部河势变化剧烈，崩岸不断，仍对长江中下游防洪构成威胁。

（6） 由于泥沙淤积和围垦，河道、湖泊行蓄洪水的能力日减，排洪出路不畅，江湖行蓄洪矛盾日益尖锐。

三峡工程是长江防洪的关键工程，工程建成后，有效利用其221.5亿m3的防洪库容，可使荆江河段达到百年一遇的防洪标准；遇超过百年至千年一遇洪水，包括类似历史上最大的1870年洪水，可控制枝城流量不超过80000m3/s，在荆江地区分蓄洪区的配合运用下，可有效防止荆江河段发生干堤溃决的毁灭性灾害；城陵矶附近分蓄洪区的分洪机率和分洪量也可大幅度减少；由于上游洪水得到较好控制，可避免下游武汉水位失控，提高了防洪调度的灵活性，对武汉市的防洪保安起到保障作用。由于长江河道的安全宣泄能力与长江洪水峰高量大的矛盾十分突出，而三峡工程的防洪库容相对仍是不足的，故防洪情势仍很严峻。遭遇1860年或1870年特大洪水，运用三峡水库拦洪削峰后，在枝城行洪流量仍达80000m3/s，分洪淹没损失巨大。

2.2 洪水特性与洪水遭遇

2.2.1长江洪水特性

长江流域常发生峰高量大、持续时间长的暴雨洪水。长江流域雨季集中在5～10月，暴雨出现时间一般中下游早于上游，中下游江南早于江北。长江洪水发生时间和地区分布与暴雨一致。洪水主要出现时间，鄱阳湖水系、湘水、资水为4～6月；沅水、澧水、清江多为6～7月；金沙江下游和四川盆地各水系一般出现在7～8月；汉江为7～10月。中下游干流承泄上游及中下游支流的洪水，6～10月为洪水期，7、8两月是长江中下游干流的主汛期。一般年份，下游洪水早于上游，南岸支流早于北岸支流，长江上游、中下游及干支流洪水相互错开，不致形成威胁中下游平原地区的大洪水。如果上游及中下游雨季时间提前或推后，雨季重迭，而暴雨面广，强度大，洪水相互遭遇，中下游就会出现较大或特大洪水。这类洪水对中下游地区威胁特别严重。

2.2.2 清江洪水特性

清江流域雨季一般始于4月，5～9月是主要降雨期，占年雨量的70%。由于地理位置及地形原因，清江流域常常发生强度较大暴雨，为著名的鄂西暴雨区的一部分，是长江中游暴雨区。流域境内有两个暴雨中心，一个在恩施附近，另一个在五峰附近。

清江洪水由暴雨形成。流域内山势陡峻，河道坡降大、汇流快，河槽调蓄能力小，致使洪水陡涨陡落，洪水过程大多呈峰高尖瘦型，历时4～9d。复峰和连续峰洪水历时一般为6～12d。

2.2.3 清江洪水与长江洪水的遭遇

长江宜昌站洪峰出现的时间，以7～8月份为最多，占全年的近77%，而清江6～7月份洪峰占全年的55%，因此，清江洪水与长江干流洪水常有遭遇的情况发生，对长江的荆江河段及清江尾闾地区有较大的威胁。以历史洪水而论，1788、1860、1883年长江发生大洪水，清江也发生了大洪水；在近代，1935、1954、1998年长江发生大洪水，清江也发生了大洪水。

清江流域面积占长江宜昌以上流域面积的1.7%，根据实测资料统计，清江洪峰占长江枝城洪峰的比重，最大为9.8%，多年平均为2.3%。1935年洪水，清江洪峰所占比例则高达18%。

清江洪峰流量大于7300m3/s以上的大水年统计，清江与长江宜昌年最大洪峰遭遇有2次(1951年、1956年)，约占统计数的9%；清江年最大洪峰与宜昌最大15天、30天洪量遭遇分别为11次和14次，分别占统计数的50%、64%。

统计表明在宜昌出现较大洪水时清江出现较大来量的机率较大，并且清江洪峰与宜昌洪水遭遇的机会亦较多，清江洪水有时会对荆江洪水产生较大的影响，特别是当长江宜昌洪水由鄂西暴雨产生，由于洪水同处于同一暴雨区，常同时发生大洪水，这类洪水，来势迅猛，预见期短，对中下游地区防洪影响较大。

2.3 三峡梯级与清江梯级防洪调度

2.3.1 三峡水库对长江中下游防洪调度方式

三峡水利枢纽防洪调度主要采用对荆江补偿调度方式：遇100年一遇及其以下洪水时，沙市水位按44.5m控制(枝城控制流量约56700m3/s)；遇100年一遇以上至1000年一遇洪水沙市水位按45m控制(配合分洪设施运用枝城控制流量不超过80000m3/s)。也研究了对城陵矶补偿调度方式。

2.3.2 清江梯级水库对长江中下游防洪补偿调度方式

清江位于三峡至荆江河段间的区间地带，在宜昌来量较大情况下，清江如发生大洪水，将会加重荆江河段的洪水威胁，甚至危及荆江分洪区的应用，造成洪水灾害。

清江为山区河流，暴雨洪水峰高量不大，且陡涨陡落，预见期短，清江洪量占长江宜昌～沙市区间洪量的85%以上，在三峡水库进行洪水控制运用调度时,由于区间洪水难于准确预报，三峡水库很难控制荆江（城陵矶）的稳定洪水流量；即使区间洪水预报准确，但由于其陡涨陡落，三峡水库如若控制荆江（城陵矶）稳定洪水流量,闸门操作运用非常频繁。因此，清江梯级水库调度方式为：配合三峡水库对长江中下游洪水进行适时补偿调度。清江梯级水库控制清江洪水，有利于三峡水库对荆江（城陵矶）洪水补偿调度。

2.3.3 清江梯级与三峡梯级联合调度对长江中下游防洪作用

通过典型分析研究，清江梯级与三峡联合运用，对长江中下游防洪有如下作用：清江梯级水库控制宜昌～沙市区间大部分来水，有利于三峡水库对荆江（或城陵矶）补偿调度，有利于三峡的控制运用。与三峡单独运用比较：中下游遭遇1954年洪水，可多减少城陵矶地区的分洪量约7亿m3；可将荆江地区的防洪标准由100年一遇提高到120年一遇洪水；荆江遇百年一遇以上洪水时，可推迟荆江分洪时间及减少该地区的分洪损失。

3 发电调度

3.1 华中电网现状

三峡电站供电区为华中、华东、广东，清江梯级电站供电华中地区。三峡梯级电站和清江梯级电站是华中电网的重要支撑电源。华中电网覆盖湖北、湖南、河南、江西、重庆、四川等6省，湖北、湖南、河南、江西已形成统一电网。华中电网电源结构是水电比重大而调节能力差。电网水电装机约占总装机容量的37.5%，在水电装机中，径流式和调节能力较差的电站占水电总量的60%。因此，华中电网水电丰、枯期出力相差大，季节性水电电量集中，造成枯水期缺电，丰水期调峰困难。

3.2 三峡工程及其在电力系统中的地位和作用

三峡电站位于华中地区的中心，处于“南水北煤、西电东送”的交接地带，工程建成使华中、华东、南方三大电网联成一体。并将随着长江上游水电的大量开发，促进全国统一或联合电力系统的形成。由于三峡电站规模巨大、调度灵活，将成为其中的中枢，与其他水火电实行统一调度，将取得巨大的水电站群补偿调节效益和水火电联合调度效益。

三峡水利枢纽是综合利用工程，汛期以防洪和排沙为主，发电服从于防洪和排沙；枯水期发电与航运统筹兼顾。每年5月末至6月初，水库水位从155 m降至防洪限制水位145 m，整个汛期（6～9月）水库一般维持在此水位运行，水头低，水量大，电站宜承担系统的基荷和腰荷。10月份水库蓄水，库水位逐步升高到175 m运行，水库尽量维持在较高水位，电站担负电力系统峰荷，同时需保持130万kW的强迫基荷，以满足下游航运要求，此阶段库水位逐渐下降，5月末降至枯水期消落低水位155m。

葛洲坝水利枢纽是三峡工程的反调节梯级。电站为径流式，无调节性能；三峡枢纽建成后，葛洲坝枢纽与之联合运行，利用水位63～66 m间0.86亿m3库容对三峡电站调峰下泄量进行日调节，以满足坝下河段的航运要求。

3.3 清江干流水电梯级

清江恩施以下干流为水布垭-隔河岩-高坝洲等3座梯级水电站。梯级电站位置适中，淹没损失小，有良好的坝址、地形地质条件，特别是隔河岩和水布垭水利枢纽建成后，形成调节性能好的高坝大库，可以大大改善系统的运行状况，是华中电网理想的调峰水电电源。

目前，隔河岩枢纽及下游的反调节水库高坝洲枢纽已建成，水布垭枢纽距下游隔河岩枢纽92㎞，开发任务是以发电、防洪为主，是清江流域最大的水电工程。清江梯级位于华中电网腹地，距负荷中心较近，是华中电网骨干电源和主要调峰调频电站。

3.4 清江梯级与三峡梯级联合运行效益

华中地区调峰电源缺乏，系统调峰能力不足，尤其在丰水期，用电负荷高（最大负荷出现在夏季7月份），电网调峰困难，水电不得不弃水调峰，以三峡电站在系统中的地位和作用，弃水调峰无疑不可避免。预计2010年以后，华中电网水电弃水调峰，以湖北省弃水最多，且弃水出现在三峡丰水期，说明弃水主要是由三峡电站造成的。三峡电站季节性电能的利用途径，一是通过电网夏秋季高峰负荷消纳一部分，二是在电网内部通过水电站之间的补偿调节和水火电配合运行来实现。

清江梯级水库调节性能好，调节库容可按运行要求适时蓄放。汛期电站预想出力均可达装机容量，且平均出力大于电站保证出力，调峰能力强，调峰幅度大，担负系统尖峰负荷，能改善丰水期电网调峰能力不足的状况，使水电站群特别是其中所占比重大的三峡、葛洲坝枢纽减少被迫调峰产生的弃水，提高三峡季节性电能利用程度。初步分析，清江梯级与三峡梯级联合运行，可减少系统弃水调峰损失电量约20亿kW·h，其中三峡、葛洲坝的弃水电量约16亿kW·h。

华中电网水电装机容量比重大，且水电中调节性能好的电站不多，丰枯水期出力相差悬殊，冬春枯水期水电发电出力大幅度降低。近年内华中电网统调水电丰、枯发电出力相差约300多万kW，日发电量相差7000多万kW·h。水电站全年发电量主要集中在丰水期，有明显的季节性，枯水期发电量减少较多，水电站枯水期电量补偿问题突出。

清江梯级与三峡梯级补偿调度，长系列径流调节计算结果表明，10月、11月三峡梯级电站发电量较大，可减少清江梯级发电量，使清江梯级水库维持高水位运行，次年1～3月，水电来水较枯季节，加大清江梯级发电出力。通过三峡梯级电站与清江梯级电站补偿调节，12月～3月增加发电量约2亿kW·h，发电量增幅达10%。

4 结语

三峡梯级与清江梯级联合调度，在防洪方面，可进一步提高荆江地区的防洪标准，可减少城陵矶地区的分洪量，有利于三峡的控制运用；在发电方面，可明显减少三峡等电站汛期被迫调峰的弃水电量，提高三峡电站季节性电能的利用程度，可使三峡坝下游河段航运条件有进一步改善，并可提高枯水期系统水电站群的发电出力




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