配合消落区综合治理的瀑布沟水电站水库运行方式研究

2018-07-20陈寿海刘碚洪郭云峰

水力发电 2018年4期

明宏，周佳，陈寿海，刘碚洪，郭云峰

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072)

1 工程概况

瀑布沟水电站是国家“十五”重点工程和西部大开发的标志性工程，是大渡河下游的控制性水库，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合效益的大型水利水电枢纽工程。工程枢纽由拦河大坝、泄水、引水发电、尼日河引水等主要永久建筑物组成。水库正常蓄水位850 m，防洪限制水位841 m，死水位790 m，调节库容38.9亿m3，为年调节水库，电站装机容量360万kW。其下游大渡河干流已在建水电站有深溪沟、枕头坝一级、沙坪二级、龚嘴、铜街子、沙湾和安谷等水电站。

瀑布沟水库淹没影响主要涉及四川省雅安市汉源县，汉源新县城位于大渡河与流沙河之间的萝卜岗，萝卜岗为条形半岛，三面环水，环境优美，对全县旅游有较大的辐射和拉动作用。电站2010年蓄水发电后，水库水位消落在库区流沙河尾段形成高60 m的消落区。

汉源县城消落区综合治理措施包括水库运行调度方式优化、局部库岸防护和生物处理等。本文为配合消落区综合治理的水库运行方式研究，对瀑布沟库水位供水期消落方式及汛期低水位蓄水方式进行了重点研究。

2供水期消落方式研究

2.1 边界条件分析

2.1.1 工程安全要求

根据瀑布沟水电站水库及尼日河引水工程的运行情况、坝体结构计算分析、蓄水后大坝运行监测资料及发电要求，参考已建工程经验，为确保大坝及相关工程建筑物安全和库岸稳定，控制水库水位消落。

2.1.2 死水位抬高初步分析

为改善水库水位消落对汉源县城景观和旅游的影响，2012年曾开展了死水位抬高初步分析研究。拟定5个方案比较分析不同水位对下游大渡河干流已在建水电站的影响。其中，方案一为原设计方案，供水期库水位从850 m消落至790 m；方案二～方案五为根据不同高程消落区裸露面积占总消落区裸露面积比例拟定，分别对应死水位790、810、820、835 m；考虑供水期尽量长时间控制在高水位运行，拟定3月末水位消落至835 m高程(835 m高程以上消落区裸露面积仅占总消落区裸露面积13%)、4月从835 m高程集中消落至各对应死水位。

计算成果表明：①枯水年供水期平均出力随死水位抬高逐渐减小，从91.6万kW大幅降低至79.6万kW。说明水库水位长时间控制在高水位运行(一般安排在3月末从835 m起集中消落)改变了瀑布沟水库良好的调节性能，特别是1月～3月对下游调蓄作用减弱。②方案二～方案五，随着死水位抬高，瀑布沟水电站的年发电量、等效电量均略有增加，但供水期电量逐渐减少；下游梯级电站的年发电量、供水期电量、等效电量均逐渐减少；虽然总梯级年发电量增加约1.1亿～1.5亿kW·h，但供水期电量逐步减少了8.7亿kW·h，等效电量逐步减少。死水位抬高将大量减少供水期电量。

考虑四川电网的供需特点及丰枯电价政策，从瀑布沟水电站及其下游梯级的运行效益和对电网的影响角度分析，死水位抬高方案较为不利。同时，抬高死水位运行，不能充分发挥其调节水库的功能、不能充分体现其在大渡河干流的梯级地位作用。故初步结论为供水期末应消落至设计死水位790 m。

2.1.3 梯级实际运行要求

根据国家发展和改革委员会2010年关于调整四川省丰枯、峰谷电价办法有关问题政策，以及四川省发展和改革委员会2016年1月起暂停执行上网侧火电丰枯峰谷电价和水电峰谷电价政策，本次研究考虑丰枯季节电价差异。实际运行中，四川电网从5月25日开始按丰水期电价结算上网电量。因此，为提高发电效益，应增加电站在电价较高时段的发电量。

2.1.4 上游汉源县城景观和旅游的要求

根据汉源县农业局提供的2009年～2013年5年花期统计资料，分析认为梨花、桃花花期结束时间大致分别在3月下旬、4月中旬。汉源县城消落区835、825、810 m高程以下消落区面积分别占消落区总面积的86%、79%、59%。

2.2 方案拟定

方案拟定的目标和原则为：①确保瀑布沟大坝枢纽安全和库岸稳定，控制水库水位消落速率；②尽可能保证水库功能的发挥，避免供水期梯级电站的总效益减少过多；③尽量减少对景观及旅游的影响，减少流沙河段消落区裸露时间，减轻对旅游高峰期及汉源县3月、4月梨花、桃花花期的影响；④尽量减轻对瀑布沟及其下游梯级电站的发电效益和对四川电网的影响。

根据边界条件及方案拟定的目标、原则，拟定方案二与方案一(原设计方案)进行比较，各方案水位消落详情见表1、2。方案二瀑布沟水电站按不低于保证出力发电，尽量维持12月～翌年3月、4月水库在高水位运行，同时满足大坝安全的消落下降速率控制要求，5月中旬末水库水位消落至死水位790 m。

表1 瀑布沟水库控制水位 m

表2 瀑布沟水库库水位消落速率(方案二)

2.3 径流调节计算

采用考虑上游冶勒水库调蓄和尼日河引水的瀑布沟1937年～2009年共72年旬径流资料进行计算分析，其中支流尼日河引水期间，为改善开建桥以下景观用水及环境用水，考虑保证下泄10 m3/s流量。方案一采用原设计水库调度图，方案二增加考虑消落控制水库水位。

2.4 方案比较

两方案消落区的总裸露面积相同，不同时间段以及丰水年裸露时间和裸露面积略有差异。根据径流调节计算结果，方案二及实际运行供水期的多年平均末水位过程见图1。维持库水位835 m和815 m的比较如下：

图1 设计与实际运行时末水位过程比较

(1)维持库水位时间的比较。供水期182 d中，水位不低于835 m的平均天数，方案二较方案一多持续5 d左右；水位不低于815 m的平均天数，两方案相当。从保证率来看，方案一、方案二水位不低于835 m的保证率分别为43%、45.8%，不低于815 m的保证率分别为71.8%、71.9%，两方案相当。对于丰水年，方案二较方案一维持库水位不低于835 m运行的时间多2旬左右、维持库水位不低于815 m运行的时间少1旬左右。截止到4月上旬末，方案二较方案一维持库水位高0.7～9.4 m。可见，丰水年方案二对上游景观和旅游影响的改善作用较大。

(2)与实际运行维持库水位时间的比较。近年来瀑布沟水库实际运行过程中，库水位一般于1月下旬即消落至835 m，2月下旬消落至825 m，3月中旬消落至815 m。从库水位维持时间来看，相较实际运行，两方案维持高水位的时间更长。两方案维持不低于835 m和815 m时段分别为12月～2月中旬末、12月～4月上旬末，平均比实际运行的水位维持时间分别长约20d和30 d。两方案相较实际运行方式，在旅游高峰期3月、4月增加了维持高水位运行的时长，对上游景观和旅游有一定的改善作用。

(3)对花期景观的影响。825 m高程以下出露地主要为河滩地，对汉源县城的景观环境影响较大。两方案在3月中旬末库水位消落至825 m，对梨花花期景观基本没有影响；在4月上旬末以后库水位消落至815 m以下，对桃花花期景观略有影响。桃花期结束时间4月中旬末，两方案水库水位平均消落至811 m左右，对景观和旅游均有影响。

(4)双江口水电站建成后。上游具有年调节能力的双江口水电站建成后，将进一步改善汉源县城的景观环境，经计算，瀑布沟供水期水库水位不低于835 m、不低于815 m的运行时间将较双江口水电站建成前分别增加6.0、5.0 d左右。

2.4.2 瀑布沟及其下游梯级能量指标及效益分析

效益分析时，瀑布沟及下游已建梯级电站(深溪沟～安谷)采用核定的上网电价，在建电站采用标杆上网电价。等效电量为按丰枯季节电价折算至平水期的年有效电量。

摘要：随着我国经济的迅速发展，各项业务逐渐规范，行业格局也深刻变革。对审计与资产评估的研究，从原则、目的、性质、方法、职能、操作等方面来综合论述其关系，阐述两者能更好地发挥作用的方法。

(1)瀑布沟自身能量指标及效益的影响。方案二较方案一的年发电量、等效电量、供水期电量、供水期等效电量分别减少0.38亿、0.19亿、0.29亿、0.12亿kW·h；对应发电效益分别减少1 317万、666万、1 009万、432万元。

(2)瀑布沟及其下游梯级能量指标及效益的影响。方案二较方案一的年发电量、等效电量、供水期电量分别减少0.62亿、0.15亿、0.39亿kW·h，供水期等效电量增加0.12亿kW·h；对应发电效益分别减少1 960万、545万、1 265万、17万元。

可见方案二梯级整体发电效益略有减少，方案一略优于方案二，但方案间相差不大。

2.4.3 对电网影响分析

截至2015年底，四川省水电装机容量约占四川全口径发电装机容量的80%。大渡河干流已在建梯级(包括瀑布沟、深溪沟、枕头坝一级、沙坪二级、龚嘴、铜街子、沙湾和安谷水电站)共800万kW，约占供电四川电网总水电装机的16.8%。

受水电快速发展与电力需求增长缓慢不匹配、汛期来水偏丰、低谷时段电力系统运行需要水电调峰弃水、现有外送通道不匹配等影响，近年来四川水电消纳形势严峻。根据近年水电开发及外送规模研究成果分析，2015年水平枯水年4月、5月的水电系统出力分别约占系统月平均负荷的82.8%、99.8%。若有调节能力的水电站群5月加大出力发电，将加大电网中的水电弃水。

瀑布沟作为控制性水库，其运行方式的改变直接影响下游各梯级的出力。经计算，两方案全梯级供水期平均出力几乎相当、占电网月平均负荷比例为7.4%～10.8%，对电网贡献较大，为水电系统比例的10.8%～13.6%。

若瀑布沟水电站为改善对上游景观和旅游的影响，较长时间维持高水位运行，12月至次年3月，梯级电站出力与电网需求不匹配;在4月和5月集中消落水位，将导致梯级4月和5月出力加大，有可能导致电网中水电5月弃水或加大弃水，不利于充分利用水能资源。同时水库调度的灵活性受到一定影响。

2.5 供水期消落方式方案推荐

在确保工程安全运行的前提下，为协调和平衡旅游景观、瀑布沟水电站及其下游各梯级、电网等各方需求，统筹考虑选择方案二为推荐方案。

3 电站运行方式和运行特性分析

3.1 电站运行方式

根据四川径流特性、水电站群出力特点和电力系统需要，瀑布沟水库按年调节方式运行，根据电力系统需要参与调峰运行。一般情况下，瀑布沟水电站与下游深溪沟水电站日平均下泄流量不低于下游基本用水要求；除调峰运行外，瀑布沟水电站应保证单台机组24.75万kW(机组稳定运行的最小出力)基荷发电。

3.2 水库调度原则

3.2.1 水库调度原则

根据2012年国务院批复的《长江流域综合规划(2012～2030年)》，瀑布沟水电站扩大防洪扩容后预留最大防洪库容11.0亿m3，在确保工程安全运行的前提下，结合推荐的供水期水库水位消落方案，确定水库调度原则一般为：每年6月至9月下旬，控制水库水位不高于防洪限制水位841 m，7月1日前电站按水库水位不高于预留防洪库容11.0亿m3相应水位836.2 m蓄水发电，10月水库蓄至正常蓄水位850 m；12月～翌年5月为供水期，通常瀑布沟水电站按不低于保证出力发电，尽量维持12月～翌年3、4月水库水位在高水位运行，5月中旬末水库水位消落至死水位790 m。

瀑布沟水电站为高心墙堆石坝，考虑坝体结构、枢纽边坡和库岸基础稳定要求，正常运行期间大坝坝前水位不宜陡涨陡落，大坝坝前水位的上升和下降速率应满足相应的控制要求。

3.2.2 水库调度图

为保证防洪及发电安全不考虑汛末提前蓄水，按调度原则修编的水库调度图见图2。

图2 瀑布沟水电站水库调度图

3.3 运行特性分析

3.3.1 低水位运行时间分析

经长系列径流调节计算，水库多年平均运行水位831.9 m。瀑布沟水库按调度图运行的多年平均、丰水年、中水年、枯水年、近四年(2010年6月～2014年5月)以及近四年实际运行的设计与实际运行时末水位过程比较示意见图1，设计较实际增加低水位运行时间示意见图3。

图3 设计较实际增加低水位运行时间示意

四川电网径流式水电站多，调节能力较差，“丰余枯缺”的电力供应结构特性矛盾显著，枯水期电力、电量缺口较大。为满足枯水期电网负荷需求，瀑布沟、二滩等有调节能力的水库电站水位均需按计划消落以增加枯水期电力供应，故瀑布沟水电站近四年实际运行过程中消落区裸露时间较设计略有提前。经比较，按照设计方案，近四年水库水位维持在835 m以上及810 m以上水位可较实际运行时间均增加1个月左右，一定程度改善了瀑布沟水库水位消落对上游汉源县城景观和旅游的影响。

3.3.2 能量指标对比分析

相比实际运行，设计方案的电站枯水期平均出力略有减少；平水期平均出力增加、尤其5月水库集中消落至死水位附近后发电水量较实际运行增加；丰水期四川电网消纳水电的能力有限，电站实际出力难以达到设计水平。瀑布沟水电站逐旬出力过程对比见图4。