水库生态调度

水库生态调度是一种降低大坝的建设和运行对河流生态系统负面影响的措施。该措施相对费用较低，可以帮助改善传统的水库调度方式，合理运行大坝设施，部分恢复自然水文情势，修复大坝上下游河流的生态系统结构和功能。近几十年，生态调度的理论和技术已得到了广泛的关注。根据美国大自然保护协会（TNC）调查，截止2005年，已有几十条河流进行或正在进行水库生态调度的实践，其中已美国为多。2100433B

这是水电站运行中的首要任务，主要包括洪水调度、旱灾调度、发电调度。水库投入运行后，为处理好各时期来水与用水、发电与防洪、水头与水量等各方面的矛盾，实现水库的最大综合效益而进行水库调度。水库调度根据水库调度图和电力系统运行调度命令进行的，而水库调度图是根据历史水文资料以及水文气象预报，经分析计算编制而成，水库调度图指明水库在运行时段内水头和流量所相应的合理运行方式。水文气象预报分为短期、中期和长期 3种。中期水文气象预报是在汛期对各流域平均降雨量、水库流入量所作的定量预报。长期水文气象预报是指一个月以上的流域平均降雨量、水库流入量的定量或定性预报。发电调度是根据电力系统调度及各用水部门对水库的要求，编制年度汛期、供水期的发电调度意见，以指导水库的实际运行。其原则是丰水年应发电为主，发电蓄水兼顾，力争多发电，当然再不出现浪费的前提下；平水年应发蓄并举，充分利用水头水量；枯水年应细水长流,以水定电,保证用水，充分提高水量的利用率。洪水调度是每年汛期根据调度计划及短期预报对每次实际洪水对水库运行进行具体调度，以实现对洪水的合理调节和适时泄放。原则是在确保坝体安全和满足上下游防洪目标的前提下，最大限度地减少放泄流量，保障上游库区和下游沿江地区工农业生产和人民生命财产的安全，做到汛中多考虑防洪，汛末要注意蓄水，充分利用水资源，使水库在防洪发电上发挥尽量多的效益。

在水库调度中广泛采用的调度图， 多以历史实测径流资料为样本，根据水库各设计参数值及特征水位，进行径流调节计算， 偏安全地决定各种调度方案的适用范围， 即对于同一决策， 相应一定设计保证率的水文情况各种可能出现的水库水位的包线， 即为所求的调度线。根据水库的调节性能及其承担的水利任务， 常见的有如下几种类型。

水库调度图兴利调度图

为以兴利(发电、灌溉、给水等)为主的水库调度图，其中图(a)为年调节水库调度图，图(b)为多年调节水库调度图。图中线Ⅰ和线Ⅱ分别称为防破坏线(保证供水线)和降低供水线，系在水库保证正常供水前提下，相应设计枯水年份的各种可能出现的库水位的外包线和内包线;线Ⅲ称为防弃水线(加大供水线)，系在水库按最大需水量(或电站最大过水能力)工作的条件下，相应丰水年份可能出现的库水位的内包线。以上三条调度线将水库以年度为周期的范围内划分为四个运行区并规定了相应的调度方式， 即：Ⅰ、Ⅱ两线之间为保证正常供水区，水库按保证运行方式调度;Ⅱ线与死水位水平线之间为降低供水区，水库按降低供水方式调度，以减轻集中破坏的程度：Ⅰ、Ⅲ两线之间为加大供水区，水库按加大供水方式调度， 以充分利用余水量兴利，减少弃水量;Ⅲ线与正常蓄水位水平线之间为最大供水区，水库按最大供水量调度。在实际运行调度中，不考虑水文预报， 即由不同时段(月、旬)的库水位所在区域，决定水库的调度方式(供水量、发电出力等)。

水库调度图防洪兴利结合的调度图

图2为防洪和兴利结合的水库调度图。防洪调度线由ab、cd、ef线组成。其中水平线段ab、ef的高程为正常蓄水位，cd线段的高程为汛期限制水位，Tc至Td为由水文气象特性和实测洪水资料确定的主汛期，线段de为遭遇各种可能洪水经水库调蓄后的库水位的内包线，线段bc为汛初减少弃水和保证下游安全而需控制的库水位的下包线。在实际运行时，水库因兴利要求的蓄水位不得超过此线，以保证大坝安全和防洪效益的发挥。其他调度线及调度区的含义与兴利调度图相同。

水库调度图两级调节调度图

图3为承担两种不同设计保证率的兴利任务(如发电结合灌溉、或结合工业及城市给水等)的水库调度图。又称两级调节调度图。其中图(a)、图(b)为年调节水库两级调节调度图，图中线Ⅰ称上调度线，系在水库保证两种兴利任务的正常供水的条件下，相应低设计保证率来水年份，各种可能出现的库水位的外包线;线Ⅱ称下调度线， 系在水库保证高设计保证率的兴利任务的正常供水，并适当降低另一低设计保证率的兴利任务的正常供水的条件下， 相应高设计保证率来水年份， 各种可能出现的库水位的外包线;线Ⅲ称限制供水线， 采取相应线Ⅱ各种可能出现的库水位的内包线; 线Ⅳ称防弃水线， 其含意和绘制方法与图1相同。在运行中， 当库水位介于线Ⅰ、Ⅱ之间时， 水库按两兴利任务正常供水要求供水; 当库水位介于线Ⅱ、Ⅲ之间时， 适当降低低设计保证率兴利任务的正常供水量; 当库水位低于线Ⅲ时， 应同时降低两兴利任务的正常供水量;其他同前。图(c)为多年调节水库两级调节调度图， 一般它的限制供水线为下调度线Ⅱ， 而于线Ⅰ、Ⅱ之间加一条分界调度线。当库水位介于线Ⅰ与分界调度线之间时， 水库按两兴利任务正常供水要求供水; 当库水位介于分界调度线与线Ⅱ之间时，适当降低设计保证率兴利任务的正常供水量，其他与年调节情况相同。

水库调度图补偿调节调度图

图4为水电站水库参加电力系统补偿调节所采用的调度图， 常称补偿调节调度图。它的兴利调度部分仅由防弃水线和限制供水线组成，后者系根据满足系统正常供电要求的最小必须出力绘制。当库水位在防弃水线以上，电站以预想出力工作;当库水位在限制供水线以下时， 电站按所要求的最小必须出力工作; 当库水位介于防弃水线和限制供水线之间(称补偿调度区)时， 在保证系统正常供电的前提下， 按电力系统补偿效益最佳或水电站总电能最大由系统进行统一调度， 决定本电站应发的出力。

水库调度图水库优化调度图

根据水库优化调度计算成果绘制的调度图。常见的可分为以下两类： 图5为不考虑面临时段径流量预报的优化调度图， 形式与以上包线法调度图类似， 仅是在加大供水区由一系列优化调度线划分成若干小区， 每一小区表示水库一种最优的决策(供水量或发电出力)。常用的绘制方法有： ①将径流当作确定性过程 (即以实测径流资料为计算样本)，利用变分法求泛函(目标函数)的极值， 推求不同状态(库水位、时间)的最优决策(供水量或发电出力)， 由此绘制最优(决策)调度线;②将径流描述为确定性过程或随机过程，按最优调度准则建立数学模型(包括目标函数及其各种约束条件)，利用动态规划原理求解。图6为考虑面临时段径流量预报的优化调度图。由于考虑了面临时段的来水量，故调度图中的决策变量为库水位、时间、入库流量的函数，即一个计算时段(如5日、旬、月)有一张调度图，绘出决策变量与库水位、入库流量的关系。在实际运行中可依据时段初库水位和入库流量(或预报的时段平均流量)决定水库的最优策略(供水量、发电出力或时段末库水位等)。

编制水库调度图要考虑：水库运行的安全性、电力系统运行的可靠性与经济性。因此，根据径流的时历特性资料或统计特性资料，按水电站供电保证率高、发电量最大等所谓水库运行调度的最优准则，预先编制出一组控制水电站水库工作的水库蓄水指示线即调度线（包括限制出力线、防破坏线、防弃水线、防洪调度线），由此调度线组成五个区：限制出力区、保证出力区、加大出力区、满发出力区、防洪调度区。

为保证电力系统运行的可靠性，当水库水位落在保证出力区时，水电站以保证出力运行，尽可能抬高水库运行水位。当水库水位落在限制出力线时，水电站应降低出力运行。当水库水位落于防破坏线与防弃水线之间时，应加大水电站出力运行，减少弃水，提高水量利用率，以达到水电站经济运行的目的。当水库水位在汛限水位以上时，在电网安全许可的前提下，水电站的发电出力不应低于额定出力运行。在汛期，水库水位达到防洪调度线，为保证水库安全运行，水库要泄洪。水库调度原则是：按设计确定的综合利用目标、任务、参数、指标及有关运用原则，在确保水库工作安全的前提下，充分发挥水库最大的综合效益。