玉龙水库坝后电站不同达产率水能计算

2023-02-10樊述全

陕西水利 2023年1期

樊述全

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司,贵州贵阳 550002）

1 工程概况

玉龙水库坝址位于威宁县哈喇河乡与岔河乡交界处的毛坝子村,所在哈喇河为长江流域牛栏江横江水系牛栏江右岸一级支流,坝址以上集水面积538 km2,主河道河长41.4 km,主河道平均坡降11.2‰。玉龙水库工程任务为城乡生活和工业供水,兼顾草海生态补水和发电,并为巩固区域脱贫攻坚成果创造条件,是综合利用的水利工程；水库正常蓄水位1189.0 m,相应库容10540 万m3,水库总库容11170 万m3。建设内容由水源工程及输水工程两部分组成,水源工程主要包括碾压混凝土重力坝、溢流表孔、泄洪放空兼冲砂底孔、左岸发电兼放生态水取水口和坝后电站,输水工程主要由北干管和相应支管组成。水库建成设计供水量为6058 万m3,其中城镇生活和工业供水4958 万m3/a,草海多年平均生态补水1100 万m3/a；水库主要利用弃水和环境水来发电,电站装机3 台,电站总装机容量为7000 kW,额定水头101 m,机组布置型式采用卧式布置,多年平均发电量1945 万kW·h。工程总投资36.9 亿元,国民经济内部收益率为8.41%,经济效益费用比为1.04,国民经济合理。

2 供电范围

本工程区域内所涉及的县市为威宁县,电站建成后,除满足本工程运行用电外,其余电能主要供电范围为威宁县。

3 水能计算

（1）基本资料

1）入库径流

采用玉龙水库1973年～2019年长系列入库径流资料,多年平均净来水量为16718 万m3。

2）库容曲线

玉龙水库的库容曲线,采用1/10000 地形图上量算,高程系统为黄海高程系统。由于库区内两岸边坡较稳定,未发现库区有大面积的塌方等影响库容变化的情况,量算成果可靠,满足本阶段要求,成果见下表。因哈喇河流域输沙模数较大（1200 t/km2）,玉龙水库泥沙淤积较严重,且经过泥沙淤积形态判断,玉龙水库为三角洲淤积,大量淤沙都淤积在库中和库尾,泥沙淤积对兴利影响较大；根据《水利工程水利计算规范》（SL 104-2015）,泥沙问题严重的水库,径流调节可以采用不同淤积年限的库容曲线进行计算,水库回水计算和径流调节计算可以采用10年-30年的淤积成果,本次采用考虑20年泥沙淤积后的库容曲线进行水能计算。坝址20年泥沙淤积后库容成果见表1。

表1 玉龙水库坝址水位～库容曲线成果表（运行20年）

3）库损

水库库损主要包括水库渗漏损失和水库蒸发损失,水库建成后引起蒸发量变大,增加的损失量为水库增损,即水面蒸发与陆面蒸发之差,陆面蒸发按多年平均降水量与多年平均径流深的差值估算。据设计流域较近的威宁气象站的观测资料统计,威宁气象站的多年平均水面蒸发量为1398.8 mm（观测值）,为E20 观测,经换算,水库大水面蒸发量为960 mm ,玉龙水库坝址以上流域多年平均降水量为920 mm,径流深为320 mm,陆面蒸发量为600 mm,蒸发增量为360 mm,水库正常蓄水位1889 m 对应的水面面积为326 万m2,则水库建成后陆面变为水面,蒸发加大,蒸发增量约为117.4 万m3,占正常蓄水位以下库容10540 万m3的1.11%,本次蒸发损失按占正常蓄水位以下库容的2%计,水库渗漏水量损失占正常蓄水位以下库容的2%,经计算,玉龙水库库损为661 万m3/a。

4）水头损失、出力系数

按相关专业人员提供的资料,电站水头损失取3 m（坝后电站）。

出力系数由水机专业提供,电站机组综合出力系数取8.1。

5）厂房尾水位

根据实测河道纵横断面资料,以曼宁公式推求玉龙水库坝址尾水的水位流量关系。其中比降参数是根据实测的低水（测时水面线）、河床（深泓点）和高水（历史洪水水面线）的比降来确定,糙率根据我国《天然河道、滩地糙率参考表》结合现场踏勘情况选取,坝址计算中采用J=0.005～0.009,n=0.04～0.06。经Z-A、Z-V 曲线反验及上下游各断面间统一协调,得到坝址尾水水位流量关系,成果见表2和图1。为了获得河段精度较高的水位流量关系,建议尽快在坝址河段建设专用水文站,收集水文资料,进一步分析河段水位流量关系曲线。

表2 玉龙水库厂房尾水水位流量关系成果表

续表2

图1 玉龙水库厂房尾水水位流量关系曲线图

（2）水能计算

本工程主要任务为城乡生活和工业供水、草海生态补水,并兼顾发电,因此,按照电调服从水调的原则,即在满足城乡生活、工业和草海生态补水的前提下利用环境水及余水发电。因本工程各功能用水不共用,根据水库历年逐月来水过程,扣除本水库承担县城、乡镇、工业、草海生态补水,扣除渗漏和蒸发损失（按正常蓄水位以下库容的7%计）、上游耗水量,利用环境水及余水发电。水库水位不超过正常蓄水位,且不低于死水位。电站发电保证率为90%。推荐正常蓄水位受水区不同达产率水能计算成果见表3和图2。

表3 玉龙水库坝后电站不同达产率水能计算成果表

从表3和图2可知：随着达产率的不断增加,坝后电站多年平均年发电量从2934 万kW·h 逐渐减少到1945 万kW·h,最大减少比例达到33.7%；装机年利用小时数从4191 h 逐渐减少到2779 h,最大减少比例达到33.7%；最大水头、最小水头、加权平均水头、设计水头和装机引用流量变化很小。

（3）供水与电能的转换

玉龙水库为《贵州省水利发展“十三五”规划》中规划的大型水库,其主要供水对象为威宁县城居民、工业及草海,当县城发展速度较城市规划速度减小或者工业建设推进进度未达预期或者草海补水量少于设计补水量时,玉龙水库设计供水量就存在富裕,多余水量就可以通过坝后电站进行发电；这既是水资源合理利用的一种方式,也是对“2030年碳达峰、2060年碳中和”作出了水电贡献。

（4）电站投资优化

通过玉龙水库坝后电站不同达产率水能计算成果表可知,在达产率不断增大的情况下,玉龙水库坝后电站设计水头和装机引用流量变化很小,即在年电量增加989 万kW·h时（达产10%时,多年平均电量2934 万kW·h,达产100%时,多年平均电量1945 万kW·h）,坝后电站投资基本不变,仅就坝后电站而言,单位千瓦投资将减少近50%。