蒲石河抽水蓄能電站下水庫排沙方案研究

張紅俠，臧巖峰來洪濤

（1.吉林省水利水電工程局，吉林長春130012；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司,吉林 長春 130021）

1 排沙方案研究

蒲石河電站建成后，如長期采用維持正常高不變的運行方式，下水庫的泥沙淤積嚴重，對電站的正常運行產(chǎn)生很大影響，因此，如何減小下水庫泥沙淤積是關系到蒲石河電站長期安全運行的十分重要的問題。

在電站既定的工程措施條件下，減小水庫泥沙淤積可以通過兩個途徑：一是在水庫上游開展水土保持措施，改善流域產(chǎn)沙條件，減少入庫沙量；二是通過水庫合理的調(diào)度運行方式，改善水流和泥沙的協(xié)調(diào)性，盡可能多的將入庫泥沙排出庫外，同時調(diào)整泥沙在庫區(qū)的淤積分布，使泥沙更多的淤積在死庫容以下。開展水土保持措施工程量和投資額度大、維護管理難度大，電站難以承受其巨大成本。因此，如何尋求一套效果好的排沙運行方案，通過非工程措施解決下水庫有效庫容淤積損失問題，為這次研究的重點。

2 排沙運行方案擬定

2.1 排沙運行條件分析

1）蒲石河流域泥沙主要由暴雨侵蝕地表所致，沙量集中，主要分布在幾場大洪水過程中的幾天內(nèi)，其余絕大部分時間水流含沙量很?。涣饔蜉斏尺^程與洪水過程相應，含沙量過程與流量過程形狀基本一致，沙峰出現(xiàn)時間與洪峰出現(xiàn)時間對應關系好，具備通過洪水調(diào)節(jié)達到調(diào)節(jié)泥沙的優(yōu)良條件。

2）下水庫設有7孔泄洪排沙閘，電站校核洪水標準洪峰流量為12 400 m3/s，校核洪水位時最大泄量為12 400 m3/s，泄流設備泄洪能力很大，滿足大壩自身安全運行的要求，從而為水庫靈活的排沙調(diào)度運行方式創(chuàng)造了條件。

3）蒲石河抽水蓄能電站不承擔供水和下游防洪任務，下水庫調(diào)節(jié)庫容為1 255×104m3，多年平均入庫水量為7.25×108m3，庫容系數(shù)僅為0.017，汛期降低水位運行后，具備很快蓄水，并恢復到高水位運行的條件，對電站效益影響很小。

4）下水庫壩址以上流域已建有完善的水情自動測報系統(tǒng)，并配有降雨徑流和新安江模型洪水預報方案，可及時、準確的掌握入庫洪水情況，為汛期大洪水來臨時降低庫水位進行泄洪排沙提供了可能。

綜合以上條件分析，下水庫宜采用非汛期抬高運行水位、汛期降低運行水位的“蓄清排渾”排沙運行方式。

2.2 排沙運行方案擬定

蒲石河抽水蓄能電站下水庫泥沙調(diào)度以保持調(diào)節(jié)庫容為主要目標，根據(jù)流域水沙特性、水庫形態(tài)和調(diào)節(jié)性能等分析，采用按分級流量控制庫水位調(diào)度泥沙方式，即按入庫流量大小分級調(diào)度庫水位，入庫流量小于分級流量時，水庫水位抬高到排沙水位以上直至正常蓄水位運行，讓泥沙在死庫容內(nèi)淤積；當入庫流量大于分級流量時，水庫水位控制在排沙水位運行，將本時段入庫泥沙和前期淤積在死庫容內(nèi)的部分淤積物排出庫外。

按分級流量控制庫水位調(diào)度泥沙，需在合理利用汛期大洪水沖沙，又盡可能不影響水庫正常發(fā)電調(diào)度的條件下，合理制定排沙水位及分級流量。

1）排沙水位。蒲石河抽水蓄能電站，電站最大抽水流量388.2 m3/s，在降低水位運行期間只要保證電站抽水運行時期入庫流量，大于抽水流量即可滿足電站正常運行?？紤]下水庫正常蓄水位66.0 m，死水位62.0 m，正常蓄水位至死水位的變幅僅4.0 m，為提高排沙運行效果，通過砬子溝站實測洪水資料分析，排沙水位選擇死水位62.0 m合理可行，因此排沙水位選擇62.0 m。

2）分級流量。該流域沙量集中，主要分布在幾場大洪水過程中的幾天內(nèi)，且輸沙過程與洪水過程相應，其余絕大部分時間水流含沙量很小。在中小水期間降低庫水位運行意義不大且有可能影響電站正常運行。根據(jù)砬子溝站實測洪水資料分析，平均發(fā)生超過500 m3/s的洪水場次，約為每年2次，入庫流量大于500 m3/s時，滿足電站在排沙水位按最大抽水流量運行要求,考慮能合理利用汛期大水沖沙條件，又不影響水庫正常發(fā)電調(diào)度，這次分級流量選擇500 m3/s。

3）非排沙運行期間水位。下水庫考慮冬季結冰庫容損失問題，在正常蓄水位以下設置了冰庫容226×104m3。非汛期最高運行水位按正常蓄水位66.0 m運行，汛期非排沙運行期間可不考慮冰庫容，則水庫最高運行水位可降至65.36 m。

4）控制運行方式?？刂茙焖贿M行泥沙調(diào)度應在漲洪期間盡快降低至死水位。下水庫正常蓄水位66.0 m，死水位62.0 m，正常蓄水位至死水位間的庫容為1 255×104m3，扣除冰庫容后為1 029×104m3，由正常調(diào)度轉(zhuǎn)入按分級流量控制庫水位，調(diào)度泥沙時需將該部分水量排出庫外以降低庫水位。降水位過快會導致水庫下游人造洪峰過大，易造成下游洪災損失。該流域洪水漲洪歷時約為6～12 h，為滿足排沙運行需要，綜合考慮流域水沙特性和盡量平穩(wěn)下泄流量，這次按4 h均勻騰空庫容、逐步降低水位運行方式，騰空庫容區(qū)間加大下游泄量最大為715 m3/s，不會超過下游安全泄量，對沿江兩岸村屯影響不大。

綜上分析，這次按分級流量500 m3/s、排沙水位62.0m擬定排沙運行方案。同時，為分析方案的排沙效果，擬定了三個排沙運行方案進行對比，具體見表1。

2.3 排沙運行方案比較

根據(jù)擬定的下水庫排沙運行方案，以1958—1993年共36年水沙系列為基礎，利用建立的下水庫泥沙沖淤數(shù)學模型，分別進行不同運行方案運行36年、50年的泥沙沖淤計算，以下水庫泥沙淤積量對比分析各方案的排沙效果。

根據(jù)不同方案泥沙淤積計算成果分析，運行水位高，泥沙淤積量大，運行水位低，泥沙淤積量小，不同方案下水庫淤積量成果，見表2。雖然由于各方案運行水位相差較小，下水庫泥沙總淤積量相差相對不大，但有效庫容內(nèi)的泥沙淤積量相差較大。

表1 下水庫擬定的排沙運行方案表

表2 蒲石河下水庫泥沙淤積量成果表

從表2可以看出，方案Ⅰ泥沙淤積量最大，運行50年總淤積量為1 496×104m3（66.0 m以下），懸移質(zhì)泥沙排沙比為51.8%，有效庫容內(nèi)淤積量為358×104m3，占有效庫容的28.5%。方案Ⅱ汛期運行水位，較方案Ⅰ降低了0.64 m，但庫內(nèi)淤積量沒有顯著改善。方案Ⅲ，采取了汛期大洪水時降低庫水位的運行方式，排沙比增大，水庫淤積量特別是有效庫容內(nèi)淤積量大幅度減少。方案Ⅲ運行50年總淤積量為996×104m3，懸移質(zhì)泥沙排沙比為70.6%，有效庫容內(nèi)淤積量為33.3×104m3，僅占有效庫容的2.65%。

綜合上述分析，采用汛期降低庫水位泄洪排沙的運行方式，可有效控制蒲石河下水庫的有效庫容淤積損失。

3 結論

多沙河流的泥沙淤積問題是制約水利水電工程建設的重要問題，這次通過對蒲石河流域水沙特性進行分析，并結合蒲石河抽水蓄能電站工程的具體情況，提出了大水期降低庫水位排沙運行的方案。通過數(shù)學模型進行淤積分析，能大幅提高水庫排沙比、降低有效庫容的淤損，達到良好的減淤效果。