浅析紫坪铺水库调峰对下游河道的影响

李卫起，朱灵芝

(四川省水利水电勘测设计研究院有限公司，成都，610072)

1 工程概况

紫坪铺水利枢纽工程位于四川省成都市西北60余千米的岷江上游，其下游6km是闻名于世的都江堰水利枢纽工程。紫坪铺水库于2005年建成运行至今已有近20a时间，在供水、防洪、发电及环保等方面均取得了良好的效益，为地方经济和社会发展做出了突出的贡献。

紫坪铺水库作为川西电网的重要支撑电源点，承担着调峰调频调压的任务，机组出力在日内有峰谷变化，对下游河道造成波动影响是不可避免的。紫坪铺水库具有季调节能力，按不完全年调节方式运行。本文分别从汛期、枯期调节过程中选择出具有代表性的典型日调度过程，计算分析电站调峰时下游河道代表断面流量、水深等方面的变化特点，便于能够直观地认识其影响程度，为今后优化水库的调度运行方式提供参考依据。因平水期水库主要任务是蓄水，水库依据都江堰需水计划和电网调度计划利用电站机组向下游供水发电，与枯期供水发电方式比较类似，因此，本文不再选择平水期调度过程单独计算分析。

2 调度运行方式

2.1 调度运行方式

供水与发电相结合是紫坪铺水库最基本的调度运行方式，汛期6-9月份水库维持在汛限水位850m运行，来水除供水发电外，多余水量由泄洪设施下泄；10-11月份按都江堰需水供水发电，多余水量蓄入库中，并逐步蓄水至正常蓄水位877m；12-次年5月份按都江堰需水计划供水发电，库水位逐渐消落至死水位817m；供水期末根据来水情况再回蓄至汛限水位850m运行。

2.2 调度运行协调机制

“电调服从水调”是紫坪铺水库调度运行的基本原则，每年年底，都江堰水利发展中心结合当年岷江来水、灌区实际用水等情况，制定次年灌区需水计划并提供给紫坪铺公司，紫坪铺公司据此折算机组出力并提出发电计划建议提交至四川省电力调度控制中心，后者则据此制定发电调度计划。

在日内调度运行方式协调方面，紫坪铺公司提前一天给都江堰水利发展中心提供次日逐时调度计划，都江堰水利发展中心则据此提前制定闸群调度方案，以应对紫坪铺调峰造成的来水波动，保障闸群的运行安全及供水安全。

3 调峰对下游河道的影响分析

紫坪铺电站尾水至都江堰鱼嘴河道长4.4km，平均宽度160m，平均比降2‰。本文选择紫坪铺站作为代表断面，从水面宽、流速、水深等方面，根据该断面水位流量关系曲线计算分析机组调峰在该断面造成的波动影响。该断面位于岷江干流白沙河汇口上游处，不受白沙河来水的干扰，计算分析成果具有较好的代表性。

3.1 汛期典型日运行情况

汛期洪水经岷江上游各级水库调蓄之后，大级别洪水减少，小级别洪水相应增加，紫坪铺水库拦蓄800m3/s～1100m3/s的小洪水成为常态[1]。水库为维持汛限水位850m运行，则需要频繁调节来水，一般情况下由4台机组和泄洪设施完成。但由于冲沙放空洞、泄洪排沙洞均为高水头高流速隧洞，流速高达45m/s，为国内流速最高的输水隧洞，高速水流产生的水力学问题及小开度泄流产生的空蚀作用给大坝造成极大的安全隐患，实际运用中应尽量避免采用频繁调节闸门的方式来达到控制下泄流量的目的[2]。鉴于此，水库主要运用机组频繁调节小级别洪水。

汛期典型日调度过程以2019年7月7日为例，该日紫坪铺电站根据上游来水变化自上午8时之后每1～2小时调整一次出力，该日上游来水日均入库流量800m3/s，水库通过4台机组及冲沙闸下泄水量维持汛限水位850m平稳运行。冲沙闸为全开模式，泄流量为313m3/s，其余水量通过机组下泄。

该日安排4台机组调峰，最大出力75.58万kW，发电流量793m3/s，水库最大下泄流量1106m3/s，此时下游代表断面宽168m，平均流速2.84m3/s，最大水深4.54m；低谷时段最小出力33.99万kW，发电流量406m3/s，水库最小下泄流量719m3/s，此时下游代表断面宽160m，平均流速2.53m3/s，平均水深1.79m，最大水深4.07m。机组调峰与最小出力时相比，代表断面流量相差387m3/s，水位变幅0.47m。汛期典型日代表断面水位变幅特征见表1。

表1 汛期典型日代表断面水位变幅特征

为分析汛期小级别洪水情况下下游河道波动的极端情况，假定两种情况进行计算分析。第一种情况是该日调峰出力保持不变，低谷时段按一台机组出力考虑，多余水量通过冲沙闸与泄洪洞下泄，考虑到泄洪洞局开控泄的不安全性采用全开大排的方式下泄；第二种情况是该日调峰出力保持不变，低谷时段仍按一台机组出力考虑，同时允许库水位短时上浮超汛限水位运行，即不对来水调节。

第一种情况下水库最大下泄流量17626m3/s，下游代表断面宽171m，平均流速3.06m3/s，最大水深5.32m，与调峰时相比，代表断面流量相差656m3/s，水位变幅0.78m，见表2。

表2 情况一代表断面水位变幅特征

第二种情况下水库下泄流量199m3/s，此时下游代表断面宽78m，平均流速1.22m3/s，最大水深2.78m，与调峰时相比，代表断面流量相差907m3/s，水位变幅1.76m，见表3。

表3 情况二代表断面水位变幅特征

3.2 枯期典型日运行情况

枯水期水库主要任务为供水、发电，水库主要通过机组以不低于保证出力16.8WM供水发电，电站最大出力与最小出力往往相差较大，因此，电站是否参与调峰对下游河道的影响最为突出。这种影响主要集中于每年11-次年1月份，水库调峰次数以及变幅达到了一年之最[3]。

枯水期典型日调度过程以2019年1月4日为例，该日4台机组参与调峰，当日最大负荷70.3万kW，发电流量655m3/s，此时代表断面水面宽160m，平均流速2.36m3/s，最大水深3.81m；最小出力19.14万kW，发电流量174m3/s，代表断面水面宽78m，平均流速1.22m3/s，平均水深1.79m，最大水深2.78m。机组调峰与最小出力时相比，代表断面流量相差481m3/s，水位变幅1.03m，见表4。

表4 枯水期典型日代表断面水位变幅特征

4 结论及建议

通过分析可以看出，汛期水库有防洪任务，下游河道波动主要由电站调峰以及水库对小级别洪水的调节等因素叠加造成，代表断面波动变幅在0.47m～1.76m左右；枯期水库无防洪任务，下游河道波动主要由电站出力峰谷变化造成，波动幅度约0.93m左右。此外，不同断面因河道比降、断面形状的不同，河道波动的幅度可能存在很大差别，以上结果仅代表所选断面波动情况。

目前，紫坪铺水库采用四川电网自动发电控制AGC模式运行后，电站运行减少了人工干预，电站调峰更加随机，增加了对下游河道的影响和都江堰闸群调度工作的难度。因此，建议紫坪铺公司与都发中心加强协作，加大技术措施研究和投入，建立智能联动的运行调度系统，使两工程的运行调度更加协调统一。