泽城西安水电站（二期）蓄水调度运行初探

2021-09-06张海燕

山西水利 2021年4期

张海燕

（山西泽城西安水电有限公司，山西太原030000）

1 工程概况

根据泽城西安水电站（二期）工程初步设计成果，水电站多年平均发电量为1 258万kW·h，设计装机5 000 kW，水电站建成后可使下游梯级电站的装机容量由5 420 kW扩大到20 819 kW，可增加装机容量15 399 kW；发电量由2 476万kW·h增加到5 522万kW·h，可增加发电量3 046万kW·h。泽城西安水电站（二期）建成后改变了清漳河干流河道洪枯分布的天然状态，优化了下游河道径流的时间分布，对下游河道起到改善作用。经过水库调节，最枯年份平均每年可向下游河道补水994万m3，当水库发生洪水时，水库可将20年一遇洪水削峰至1 200 m3/s，可削减洪峰40%，可以提高下游河道两岸包括麻田八路军总部旧址在内的乡镇、村庄及耕地的防洪标准。

泽城西安水电站（二期）工程坝址控制流域面积3 230 km2，坝址处多年平均天然径流量2.21亿m3，多年平均入库沙量218.76万t，设计入库洪峰流量3770m3/s，校核入库洪峰流量9 070 m3/s。正常蓄水位852 m，汛限水位848 m，防洪高水位853.69 m，设计洪水位854.22 m，校核洪水位859.60 m，死水位840 m。总库容9 941万m3，其中调节库容2 099万m3，防洪库容1 739万m3，调洪库容4 456万m3。

2 初期蓄水调度

2.1 初期蓄水设计

目前泽城西安水电站（二期）枢纽工程面板堆石坝、导流泄洪洞、溢洪道已完工，具备下闸蓄水条件。根据坝体结构设计，参照已建工程经验，根据水库调度运行方式，确定初期蓄水方案为：830 m高程以下，按天然全部来水自然上升，当库水位蓄至822 m时，维持该水位10 d；然后蓄至830 m，维持该水位15 d；830～840 m高程，控制水位上升速率≤2 m/d，当库水位蓄至835 m，维持该水位20 d；然后蓄水至840 m，维持该水位20 d；840～852 m高程，控制水位上升速率≤1 m/d，当库水位蓄至845 m，维持该水位20 d；然后蓄水至849 m，维持该水位30 d，然后蓄至正常蓄水位852 m。

为了保证蓄水安全，水库初期蓄水必须满足以下条件：完成面板堆石坝、导流泄洪洞、溢洪道各分部所有土建、金结设备安装、观测仪器的埋设、调试。施工小导流洞已封堵，清除洞前围堰。关闭导流泄洪洞出口弧形闸门、溢洪道进口弧形闸门、发电引水洞进口闸门。库底清理需全部完成。库区移民、搬迁需全部完成。

2.2 蓄水调度

2.2.1 调度原则

泽城西安水电站（二期）水库初期蓄水从汛后开始，需保证初期蓄水大坝安全及满足下游工农业需水和河道生态基流要求。

2.2.2 下游需水量

下游需水量采用“山西省泽城西安水电站（二期）工程初步设计优化方案补充报告”成果，详见表1。

表1 水电站（二期）工程下游需水量

2.2.3 生态基流的确定

河道内环境和生态用水要求，主要考虑水库下游河道，应满足给定目标条件下的河流环境和生态功能，及河道内所需要的流量或水量，包括维持河道内基本功能的用水量、通过湖泊湿地用水量和河口环境和生态用水量等，根据下游河道的水质、冲沙、水生生物等要求计算确定。

在水库下游河道内，没有特殊要求，河道内生态用水采用河道基本功能的用水量，作为河道内环境和生态用水量。分别采用Tennant法、10年最小月平均流量法、Q95法和7Q10法计算。

（1）Tennant法

本方法是根据多年平均流量的百分比来计算河道生态基流，刘家庄水文站天然径流量为2.59亿m3，多年平均流量为8.21 m3/s，将多年平均流量的10%作为基流时，基流为0.82 m3/s。

（2）10年最小月平均流量法

本方法在《制订地方水污染物排放标准的技术原则与方法》（GB 3839-93）、《全国水资源综合规划水资源可利用量估算方法》中推荐采用，计算方法为：一般河流河道内生态和环境用水量采用近10年最枯月平均流量的均值。

根据刘家庄水文站近10年（1990—2000年）实测径流资料，10年最枯月平均流量均值为0.43 m3/s。

（3）7Q10法

该计算方法在《水库调度设计规范》（征求意见稿）和其他文献中推荐采用，计算方法为采用90%保证率年份最枯连续7 d的平均流量作为维持河道基本功能的用水流量。根据对刘家庄站1959—2000年实测流量的频率分析，其90%保证率的径流量为5 835万m3，选择年径流量为5 625万m3的1979年作为90%保证率年份，其最枯7 d平均流量为0.31 m3/s。

（4）Q95%法

将95%频率下的最小月平均径流作为河道的生态基流。根据刘家庄水文站天然年径流频率分析成果，P=95%年份的天然年径流量为0.88亿m3，相应年份为1980年，1980最小月平均流量为0.25 m3/s。

（5）河道内生态和环境用水量

根据以上四种方法计算出的河道内生态环境用水量结果相差较大，考虑到下游河道内没有水生物，也没有河道输沙等要求，并且近10年发生枯水流量期间河道内没有发生生态灾害，所以确定取中间值0.43 m3/s作为河道的生态基流。

2.2.4 水库初期蓄水位预测

在考虑下游河道生态基流和工农业用水的条件下，如果水库放水满足生态基流要求，则不再专门考虑生态基流的放水。本次设计根据入库径流系列分别选取P=50%、P=95%频率的平水年和枯水年进行蓄水模拟，初期蓄水时间从汛后开始。

初期蓄水模拟典型年选取，根据坝址处天然径流频率分析进行选取，P=50%频率选取年份为1990年，P=95%频率选取1997—1999年作为连续枯水段进行模拟。根据计算可以看出：在P=50%保证率年份下，从蓄水当年10月蓄水至蓄水次年9月，可满足蓄水至汛限水位848 m高程的要求。在P=95%保证率下，水库需要3年时间才可蓄水至汛限水位，蓄水过程模拟见表2。

表2 P=50%频率蓄水模拟过程

3 正常运用期调度

3.1 防洪标准和水库下游安全泄量

3.1.1 防洪标准

根据《防洪标准》（GB 50201-94），泽城西安水电站（二期）大坝防洪标准为50年一遇设计，1 000年一遇校核。水库下游滩地和村镇防洪标准为20年一遇。

3.1.2 水库下游安全泄量

经对下游河道进行过流能力进行分析后，当水库下泄量控制在1 200 m3/s时，可使下游免受洪水灾害，因此将1 200 m3/s作为泽城西安水电站（二期）水库的安全泄量。

3.2 防洪调度

3.2.1 防洪调度原则

一是确保大坝安全。二是防洪调度应满足设计和上级有关规定的要求。三是遇下游防洪出现紧急情况时，在水情预报及枢纽工程可靠的条件下，应充分发挥水库调洪作用。四是当水库遭遇超标准洪水时，采取保证大坝安全非常措施时应尽量考虑下游损失。

3.2.2 防洪调度方法

根据防洪要求，泽城西安水电站（二期）水库的防洪调度按3级控制，当水库水位超过汛限水位848 m，但未达到防洪高水位时，水库下泄流量不超过1200m3/s，开启导流泄洪洞和1孔溢洪道闸门控制下泄；当水库水位超过防洪高水位时，开启导流泄洪洞和3孔溢洪道闸门控制下泄；当水库水位超过设计洪水水位时，开启导流泄洪洞和5孔溢洪道闸门控制下泄；但最大下泄流量不得超过入库洪峰流量。

3.2.3 洪水调节成果

根据以上水库洪水调度原则，不同频率洪水调节计算成果见表3。