紅毛洞水電站特征水位選擇

李同青

(遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 遵義 563000)

1 工程概況

洪渡河屬烏江下游左岸一級(jí)支流，全流域總面積3677.00 km2，干流河長(zhǎng)205.00 km，天然落差1047.00 m，河口多年平均流量78.90 m3/s。根據(jù)洪渡河開發(fā)規(guī)劃批復(fù)，洪渡河共計(jì)“十一級(jí)”梯級(jí)開發(fā)，其中紅毛洞水電站為洪渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)第六級(jí)，為壩后式開發(fā)水電站，壩址以上流域面積1141.00 km2，多年平均流量22.54 m3/s，水庫(kù)規(guī)劃調(diào)節(jié)庫(kù)容小，主要利用水頭發(fā)電。上游為冉渡灘水庫(kù)，下游為沙壩水電站。

冉渡灘水庫(kù)位于紅毛洞水電站上游，為綜合利用水庫(kù)，主要任務(wù)為供水和灌溉，兼顧水力發(fā)電，目前正在建設(shè)中。水庫(kù)壩址以上流域面積997.00 km2，多年平均流量22.30 m3/s，正常蓄水位738.00 m，發(fā)電正常尾水位677.50 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容2830.00萬(wàn)m3，庫(kù)容系數(shù)4.03%，為季調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站裝機(jī)容量17 MW(2×8 MW+1 MW)，多年平均發(fā)電量6050.00萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)數(shù)3560.00 h，水庫(kù)設(shè)計(jì)供水能力9120.00萬(wàn)m3/a。

沙壩水電站位于紅毛洞水電站下游，于2006年11月下閘蓄水并發(fā)電，采用混合式開發(fā)。電站水庫(kù)正常蓄水位615.00 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容4720.00萬(wàn)m3，庫(kù)容系數(shù)4.77%，為季調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站總裝機(jī)容量2×15 MW，多年平均發(fā)電量1.293億kW·h。保證出力7910.00 kW，年利用小時(shí)數(shù)4310.00 h。

2 水庫(kù)正常蓄水位及死水位選擇

2.1 正常蓄水位選擇

為了使洪渡河干流梯級(jí)水電開發(fā)適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，規(guī)劃中明確了洪渡河干流上游(紅毛洞水電站以上)河段水資源開發(fā)以灌溉和村鎮(zhèn)供水為主，兼顧防洪和發(fā)電等綜合利用、多元化開發(fā)[1]。

由于冉渡灘水庫(kù)與紅毛洞水電站之間河段，兩岸山清水秀，自然景觀奇特，河流蜿蜒曲折，緩急有序，有上游水庫(kù)發(fā)電及生態(tài)流量調(diào)節(jié)，水量相對(duì)穩(wěn)定，當(dāng)?shù)貫榱税l(fā)展旅游業(yè)，冉渡灘水庫(kù)下游已開發(fā)洪渡河漂流項(xiàng)目并投入運(yùn)營(yíng)，漂流終點(diǎn)兩岸常年水位663.00 m。因此紅毛洞電站水庫(kù)正常蓄水位只能與漂流項(xiàng)目水位銜接。

針對(duì)漂流終點(diǎn)常年水位和碼頭、道路等設(shè)施布置，在不影響漂流安全條件下，考慮漂流時(shí)間受季節(jié)影響較大和冉渡灘水庫(kù)今后運(yùn)行情況，下游水庫(kù)修建后給漂流旅游帶來(lái)水面景觀等分析論證后，上下游可利用1 m水位重疊，故紅毛洞水電站水庫(kù)正常蓄水位664.00 m。

2.2 死水位選擇

在正常蓄水位已經(jīng)確定的前提下，死水位根據(jù)水庫(kù)的壩前泥沙淤積高程和發(fā)電引水系統(tǒng)取水要求，結(jié)合水庫(kù)的最佳消落深度等原則來(lái)綜合確定。設(shè)計(jì)電站運(yùn)行50 a壩前淤積高程為638.69 m，從發(fā)電取水角度，死水位不得低于643.00 m[2]。

以紅毛洞水電站水庫(kù)正常蓄水位664.00 m、裝機(jī)23 MW與上游冉渡灘水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行，并考慮上游水庫(kù)僅放生態(tài)水情況下本水庫(kù)自身亦具備日調(diào)節(jié)性能情況下，擬定死水位從643.00～662.00 m進(jìn)行比較，其動(dòng)能指標(biāo)比較見(jiàn)表1，年發(fā)電量變化曲線見(jiàn)圖1[3]。

表1 不同死水位動(dòng)能指標(biāo)比較表

圖1 年發(fā)電量隨死水位變化曲線

由表1可知，保證出力隨死水位下降略有增加，而年平均發(fā)電量隨死水位下降則減小較為明顯。主要因紅毛洞水電站正常蓄水位庫(kù)容較小(2190.00萬(wàn)m3)，降低死水位所增加的興利庫(kù)容不大，死水位從643.00 m到662.00 m，死庫(kù)容由476萬(wàn)m3增加到1940萬(wàn)m3，庫(kù)容系數(shù)由2.41%降低到0.35%，對(duì)水庫(kù)自身調(diào)節(jié)性能改善不大，本電站的徑流調(diào)節(jié)主要依靠上游冉渡灘水庫(kù)調(diào)節(jié)，所以紅毛洞水電站效益的增加需盡可能提高死水位增大設(shè)計(jì)水頭實(shí)現(xiàn)。從工程建設(shè)投資方面，因死水位提高降低取水口土建投資，壓力管道適當(dāng)增長(zhǎng)，投資相應(yīng)增加，總體上投資隨死水位的增減變化不大，從發(fā)電綜合效益而言，死水位宜高不宜低，故紅毛洞水電站死水位確定為662.00 m。

3 電站正常尾水位選擇

一般情況下，電站正常尾水位與下一梯級(jí)正常水位有齊平銜接、重疊銜接和不銜接三種方式，水位銜接可充分利用水能資源，而重疊銜接又可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用水頭，增大效益[4]。紅毛洞水電站原規(guī)劃正常尾水位與下游沙壩電站正常蓄水位615.00 m相銜接。本文考慮水能的充分利用，結(jié)合其他工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及沙壩電站的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)紅毛洞水電站的正常尾水位進(jìn)行分析論證[5]。

3.1 沙壩電站運(yùn)行情況

根據(jù)沙壩電站2008—2016年歷年逐日運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)，水庫(kù)平均運(yùn)行水位606.17 m，庫(kù)水位長(zhǎng)期消落10 m左右，僅汛期洪水來(lái)臨時(shí)庫(kù)水位在615.00 m左右有短暫運(yùn)行。沙壩電站水庫(kù)水位運(yùn)行統(tǒng)計(jì)及水位運(yùn)行幾率分別見(jiàn)表2和表3。

由表2、表3可看出，運(yùn)行9年來(lái)(缺少部分?jǐn)?shù)據(jù))，沙壩電站水庫(kù)水位在610.00 m及以下運(yùn)行的累計(jì)頻率達(dá)到77.2%、在611.00 m及以下水位運(yùn)行的累計(jì)頻率達(dá)到82.4%、在612.00 m及以下水位運(yùn)行的累計(jì)頻率達(dá)到86.4%，在正常蓄水位615.00 m運(yùn)行僅有15 d，出現(xiàn)頻率僅為0.46%，且均短暫維持1 h或2 h，之后因發(fā)電便快速消落。

表2 沙壩電站水庫(kù)水位運(yùn)行統(tǒng)計(jì)表

表3 沙壩電站水庫(kù)水位運(yùn)行幾率表

3.2 紅毛洞水電站尾水位論證

根據(jù)沙壩電站水位運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)和紅毛洞水電站廠址下游河道地形地質(zhì)條件，紅毛洞水電站有條件利用下游沙壩電站的長(zhǎng)期消落水頭，降低尾水位，增加梯級(jí)電站的重復(fù)可利用水頭，使發(fā)電效益最大化。

結(jié)合沙壩電站水庫(kù)水位運(yùn)行幾率表，同時(shí)避免尾水河道的大量開挖，選擇了610.00 m、612.00 m、615.00 m三個(gè)正常尾水位進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較，比較成果見(jiàn)表4。

表4 紅毛洞電站不同尾水位經(jīng)濟(jì)效益比較表

由表4可以看出，理論上，若正常尾水位降低至612.00 m(利用3 m消落水位)，較規(guī)劃的615.00 m增加電量230萬(wàn)kW·h，年增加發(fā)電效益約69萬(wàn)元，而工程部分一次性增加投資213萬(wàn)元。若正常尾水位降低至610.00 m(利用5 m消落水位)，增加電量410萬(wàn)kW·h，年增加發(fā)電效益約123萬(wàn)元，工程部分一次性增加投資475萬(wàn)元。按靜態(tài)考慮，增加的投資可在4 a內(nèi)收回，效益較明顯。

總體上，利用消落水位越大增加發(fā)電效益越明顯，但從整個(gè)梯級(jí)來(lái)考慮，當(dāng)沙壩電站上游的冉渡灘水庫(kù)和紅毛洞水電站運(yùn)行后，調(diào)節(jié)性能增加，沙壩電站平均運(yùn)行水位會(huì)提高，初步演算，在610.00 m以下運(yùn)行的時(shí)間將減少至50%左右，更多在612.00 m左右運(yùn)行。因此過(guò)多的降低紅毛洞電站正常尾水位理論上產(chǎn)生的效益實(shí)現(xiàn)難度較大，故紅毛洞水電站正常尾水位選擇612.00 m即利用3 m的消落水深。

4 結(jié) 語(yǔ)

因上下游梯級(jí)已建(或在建)，紅毛洞水電站特征水位的選擇具有局限性，正常蓄水位主要考慮與上游漂流項(xiàng)目銜接，基本無(wú)比選空間；電站本身調(diào)節(jié)性能不好，主要依靠上游冉渡灘水庫(kù)調(diào)節(jié)，電量的增加需盡可能提高死水位以增大發(fā)電水頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，死水位選擇宜高不宜低；在正常蓄水位和死水位確定的基礎(chǔ)上，正常尾水位的選擇則值得深入研究論證，因?yàn)閺南掠坞娬镜倪\(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)情況看，水位長(zhǎng)期消落，紅毛洞水電站有條件利用消落水頭，可降低尾水位獲得更好的效益，從分析比較成果看，增加的一次性廠房和土建工程量投資相對(duì)于增加的發(fā)電效益來(lái)說(shuō)可在短期內(nèi)收回，效益較明顯。