红枫湖控制发电水位研究

苟 露，沈 军

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002）

红枫湖是乌江一级支流猫跳河流域梯级电站的龙头水库，原建设任务以发电为主，兼顾农业灌溉、养殖和工业用水；上世纪80年代红枫湖增加了旅游功能。随着城市的发展和人口的不断增长，红枫湖周边厂矿企业增加，库区养殖业和旅游业发展，排入红枫湖的工业和生活污水不断增加，水质一度恶化[1]。1995 年，贵州省人大常委会颁布《贵州省红枫湖、百花湖水资源环境保护条例》，将红枫湖原以发电为主的功能改变为“首先满足城乡居民生活用水，统筹兼顾工业、农业用水和旅游需要”。为了保护和治理红枫湖水环境，2004 年取消其养殖功能。2005年2 月12 日，贵州省政府将红枫湖的功能定位为以城市供水为主，逐步确定了红枫湖的任务排序为城市居民生活用水、工业用水、农业灌溉、发电，兼顾环保型旅游。

1 概况

猫跳河是贵州省中部乌江右岸的一条支流，发源于安顺市西秀区塔墓山，河源高程1 314.4 m，在修文县李家湾注入乌江，河口高程765.4 m，流域面积3 246 km2。猫跳河流域开发充分，已建成梯级水电站7个，分别是红枫、百花、李官、修文、窄巷口、红林和红岩水电站[2，3]。

红枫水电站水库位于贵州省清镇市境内，距贵阳市约30 km，是长江流域乌江一级支流猫跳河流域梯级电站的龙头水库。红枫湖坝址以上控制流域集水面积1 596 km2，水库正常蓄水位1 240.00 m，死水位1 227.50 m，5 月1 日—7 月20 日汛限水位为1 236 m、7 月21—31 日汛限水位为1 237 m、8 月1—31 日汛限水位为1 239.1 m、9 月1—30 日汛限水位为1 239.4 m，总库容7.61 亿m3，具有多年调节性能，属大（2）型水库，工程等别属Ⅱ等，大坝、溢洪道及放空隧洞为2 级建筑物，按100 a 一遇洪水设计，按10 000 a 一遇洪水校核。电站厂房位于坝后右岸，为河岸地面式厂房，总装机容量24 MW。工程于1958 年8 月开工，1959 年12 月下闸蓄水，1960 年5月竣工，至今已安全运行62 a。

2 兴利调算

选择猫跳河流域内的黄猫村水文站、麦翁水文站作为红枫湖水库坝址处径流计算的主要水文参证站，采用以控制流域集水面积比拟各水文站径流成果方法计算红枫湖水库坝址处现状径流。对红枫湖流域内历年逐月旬工农业用水量和用水过程进行调查分析，采用用水过程与现状坝址径流过程进行叠加的方法还原红枫湖径流成果，还原后红枫湖天然多年平均流量为30.2 m3/s，较现状多年平均流量27.9 m3/s增加了2.3 m3/s。

根据红枫湖水库坝址处长系列径流计算成果以及对应灌溉用水量长系列成果，并计入水库的蒸发、渗漏损失水量，按“以供定需”的原则进行红枫湖兴利调节计算，同时考虑水库的汛限水位等控制因素。根据调查分析，红枫湖周边取水户合计取水量需求约2.8 亿m3/a。水库的供水及防洪调度是发电调度的基础，根据红枫湖调度规则，在保证水库防洪安全和周边取水户用水量的情况下，尽可能提高电站发电量。

红枫湖兴利调度方式为：优先保证城市居民生活用水，并在预留环境用水的前提下，尽量保证工业用水、农业灌溉，最后是发电。选择多个连续枯水年组，按正常供水工作，从供水期末水库死水位逆时序进行调节计算，遇亏水相加，遇余水相减，求出水库月末所需的蓄水量及相应的库水位，并将库水位绘制在同一图上，取其上包线为保证供水线、下包线为降低供水线。当库水位在保证供水线以上时，水库可以加大供水或发电；当库水位在保证供水线与降低供水线之间时，水库可以保证正常供水，但不发电；当库水位在降低供水线以下时，水库要限制供水。

红枫湖兴利调度如图1所示，以3条兴利调度线分为4 个区域，即：①加大供水区/发电区；②保证供水区；③灌溉用水破坏区；④降低供水区。当库水位处于保证供水区时，各部门按所需的水量正常供水；当库水位降至灌溉用水破坏区时，城市供水正常供给，农业用水按需水量削减两成供水；当库水位降至降低供水区时，农业用水和城市供水均受破坏。

图1 红枫湖兴利调度示意

3 电站水能指标

3.1 发电调度

结合兴利调度图分析，红枫水电站各月最低控制发电水位即为保证供水线，详见表1。红枫水电站的运行方式为：水库汛期在满足供水的情况下，应尽量减少弃水，争取汛后蓄满水库，以增加水电站的枯水期发电量，提高水电站经济效益；水库发电调度按调度图操作，库水位在最低控制发电水位以上时，水库在满足城市供水要求后，多余水量可用来发电；库水位在最低控制发电水位以下时，电厂不发电，库内存水仅为城市供水所用，水库以最大能力保证城市供水不被破坏。

表1 红枫水电站各月最低控制发电水位

3.2 红枫水电站

由于红枫湖供水水量较大，水电站枯水期不发电概率较高，红枫湖已无保证出力的要求。

红枫水电站引水系统水头损失计算公式如下：

式中：Q为发电流量（m3/s）；H损为水头损失（m）。

红枫水电站历年综合出力系数均值为8.23，采用红枫水电站长系列数据按调度图计算。按调度图操作时，以月初库水位判断出力值：如果月初库水位落在发电出力区，除去供水后，来水与发电出力区下线之间的库水量均用来发电，如果大于最大出力，多余水量才留在水库；如果月初库水位落于最低控制发电水位线之下，不能发电，除去供水，多余水量蓄在库里。

根据红枫湖长系列来水径流成果，在保证现状供水量的情况下，尽可能提高发电量。经复核，按发电控制水位调度，在满足红枫湖现状已批复取水许可水量2.8 亿m3情况下，计算得到红枫水电站多年平均年发电量为3 222 万kW·h；在不考虑红枫湖现状已批复取水量情况下，仅考虑环境水下放及流域内耗水量，计算得到红枫水电站多年平均年发电量为5 388 万kW·h。因此，受红枫湖周边城市取水和工矿企业取水影响，红枫水电站多年平均年发电量将减少2 166万kW·h。

红枫湖坝址以上流域涉及贵阳市的清镇市、花溪区，安顺市的西秀区、平坝区及黔南州的长顺县5个市（区、县）的20 余个乡镇，流域内2020 年总人口约71.4 万人，年总用水量约2.3 亿m3。由于社会经济的不断发展，红枫湖流域内用耗水将不断增大，水库入库水量则将逐年减小，且水库周边取用水需求和水库供水量也不断增大，同时受控制发电水位限制，水库优先保证供水，其次利用多余来水及弃水发电，则红枫水电站的多年平均年发电量必将逐年减小。虽然近期有引子渡提水工程、黔中水利枢纽一期工程调水入红枫湖[4，5]，但引子渡提水工程、黔中水利枢纽一期工程调水水量均属城市供水，不能作为红枫水电站发电用水水量；且引子渡提水工程向红枫湖调水为均匀输水，其入库过程与出库过程相同，此部分水量不占用红枫湖的调节库容，因此引子渡提水工程对红枫湖水库调蓄无影响。因此，引子渡提水工程、黔中水利枢纽一期工程调水对红枫水电站发电量影响较小。

3.3 猫跳河梯级电站

红枫湖、百花湖多蓄1 m3水量，则猫跳河梯级电站能多发约1 kW·h的电量[6]，因此红枫湖、百花湖的供水以及水库汛限水位、控制发电水位对猫跳河梯级电站的发电效益影响较大。采用长系列径流水库调算成果，由红枫水电站逐级调算至百花水电站、李官水电站、修文水电站、窄巷口水电站、红林水电站、红岩水电站，计算得到猫跳河梯级电站的发电量成果。按红枫湖、百花湖控制发电水位调度，在满足红枫湖现状已批复取水许可水量2.8 亿m3、百花湖现状已批复取水许可水量0.66 亿m3情况下，猫跳河梯级电站多年平均年发电量为3.81 亿kW·h；在不考虑红枫湖、百花湖现状已批复取水量情况下，仅考虑环境水下放及流域内耗水量影响，计算得到猫跳河梯级电站多年平均年发电量为6.72 亿kW·h。因此，受红枫湖、百花湖周边城市取水和工矿企业取水影响，猫跳河梯级电站多年平均年发电量合计减少2.91亿kW·h。

根据贵州省发展改革委《关于调整我省水电上网电价有关事项的通知》要求，按红枫电厂上网电价0.276 1元/kW·h计算，则受红枫湖、百花湖周边城市取水和工矿企业取水影响，猫跳河梯级电站相应赔偿电量损失估算费用8 035万元/a。

4 结论

红枫湖是长江流域乌江一级支流猫跳河流域梯级电站的龙头水库，也是贵阳市的重要饮用水水源地。红枫湖的主要任务是供给城市居民生活、工业、农业灌溉、发电用水，兼顾环保型旅游。随着社会经济不断发展，2035 年贵阳市规划人口1 000 万人，红枫湖城市供水量逐渐增大，为优先满足市民用水需求，协调好城市供水和发电用水之间的关系，通过对红枫湖坝址以上流域内现状调查、水库兴利调节计算、水能指标复核等，综合考虑红枫湖的供水、防洪、发电之间的关系，拟定红枫湖的最低控制发电水位线，以保证贵阳市的饮用水安全。按控制发电水位调度，在满足红枫湖现状已批复取水许可水量2.8亿m3情况下，受红枫湖周边城市取水和工矿企业取水影响，红枫水电站多年平均年发电量将减少2 166万kW·h；受红枫湖、百花湖周边城市取水和工矿企业取水影响，猫跳河梯级电站多年平均年发电量合计减少2.91 亿kW·h，按红枫电厂上网电价0.276 1 元/kW·h计算，则梯级电站相应赔偿电量损失估算费用8 035万元/a。

本文通过分析红枫湖水库控制发电水位调度方式以及水电站发电量损失影响，可为类似协调解决水库的供水与发电问题提供参考。