兩河口水電站提前蓄水對下游梯級電站發(fā)電效益影響研究

陶 湘 明

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，為我國大型水電能源基地雅礱江干流中游的控制性水庫電站工程。兩河口水電站控制流域面積約6.57萬km2，占全流域的48.3%左右，壩址處多年平均流量673m3／s，水庫正常蓄水位2865.00m，相應(yīng)庫容為101.54億m3，校核洪水位2870.27m，總庫容107.67億m3，調(diào)節(jié)庫容65.6億m3，具有多年調(diào)節(jié)能力。電站裝機容量300萬kW，多年平均發(fā)電量110.0億kW·h［1］。

兩河口水電站樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞、旋流豎井泄洪洞、發(fā)電廠房、引水及尾水建筑物等組成。采用“攔河礫石土心墻堆石壩＋右岸引水發(fā)電系統(tǒng)＋左岸泄洪、放空系統(tǒng)＋左右岸導(dǎo)流洞”的工程樞紐總體布置格局。

兩河口水電站蓄水過程復(fù)雜、蓄水歷時長，共分為三個階段，時間跨度從2020年一直持續(xù)至2023年。由于水庫蓄水量大，考慮到其下游有錦屏一級、錦屏二級、官地、二灘、桐子林共5座已建水電站以及在建的楊房溝、卡拉水電站，兩河口蓄水對下游梯級電站發(fā)電效益影響巨大［2］。目前兩河口水庫已完成第一和第二階段蓄水，隨著工程建設(shè)的順利推進，第三階段蓄水已由原計劃的2023年汛期提前至2022年汛期。本研究重點針對兩河口第三階段蓄水時間提前一年所帶來的梯級水電站發(fā)電效益進行分析。

1 兩河口水庫原蓄水計劃

結(jié)合兩河口水電站工程建設(shè)進度和導(dǎo)流規(guī)劃，兩河口水庫蓄水時段劃分及蓄水計劃安排如下。

（1）第一階段。2020年11月上旬，1號、2號初期導(dǎo)流洞下閘后，由生態(tài)供水洞下泄94m3／s最小下泄流量，蓄至水位2678.90m時，5號導(dǎo)流洞可承擔94m3／s最小下泄流量，此時供水洞下閘，5號導(dǎo)流洞過流。

（2）第二階段。2021年6月，5號導(dǎo)流洞開始控泄，保證94m3／s最小下泄流量，蓄水至水位2748.00m時，3號導(dǎo)流洞、4號導(dǎo)流洞（放空洞）可聯(lián)合承擔94m3／s最小下泄流量，從水位2748.00m開始，通過3號導(dǎo)流洞、4號導(dǎo)流洞（放空洞）聯(lián)合控泄，按94m3／s最小下泄流量要求以及蓄水上升速率控制標準控制下泄，蓄至死水位2785.00m。電站首臺機組投運。

（3）第三階段。①2021年6月至2021年10月，保證機組發(fā)電最小引用流量要求，水庫維持死水位2785.00m運行。②2022年11月，3號導(dǎo)流洞下閘，2022年11月至2023年4月，進行3號導(dǎo)流洞封堵，期間保證機組發(fā)電最小引用流量要求，結(jié)合4號導(dǎo)流洞（放空洞）控泄，維持死水位2785.00m運行。③2023年5月，從死水位2785.00m開始通過放空洞（4號導(dǎo)流洞）、深孔泄洪洞及洞式溢洪道聯(lián)合控泄，考慮機組發(fā)電最小引用流量要求以及蓄水上升速率控制標準控制下泄，2023年6月底蓄至預(yù)留最大防洪庫容對應(yīng)水位2845.90m，汛期維持水位2845.90m運行，2023年8月初開始根據(jù)發(fā)電要求蓄水，2023年9月底前水庫水位蓄至正常蓄水位2865.00m。

2 兩河口水庫第一、二階段蓄水概況

2020年11月1日，2號導(dǎo)流洞下閘，2020年12月3日，1號導(dǎo)流洞下閘。2020年12月11日晚，5號導(dǎo)流洞順利過流，2020年12月14日蓄水至水位高程2679.64m，之后進入穩(wěn)定期，庫水位基本維持在高程2682m左右，第一階段蓄水完成。

2021年6月10日13：00，5號導(dǎo)流洞工作弧門開始控泄，控泄時流量為1230m3／s，對應(yīng)水位為2697.44m。7月3日6：50，5號導(dǎo)流洞工作弧門關(guān)閉，11：005號導(dǎo)流洞封堵閘門下閘，流量為2020m3／s，對應(yīng)水位2742.18m，7月4日凌晨1：00，3號導(dǎo)流洞、4號導(dǎo)流洞（放空洞）開始過流，完成導(dǎo)流建筑物過流轉(zhuǎn)換，12：303號導(dǎo)流洞、4號導(dǎo)流洞（放空洞）聯(lián)合下泄流量超過100m3／s。

2021年8月19日上午9：45，兩河口水電站水庫成功蓄水至死水位2785m，累計歷時70d，考慮到第一階段蓄水達到平衡后的水位2682m，第二階段實際水位抬高103m，累計蓄水35.23億m3，第二階段蓄水完成。

兩河口水庫第一、二階段蓄水過程統(tǒng)計見表1。

表1 兩河口水庫第一、二階段蓄水過程統(tǒng)計

3 兩河口水庫第三階段提前蓄水規(guī)劃

兩河口水電站原計劃于2021年汛期蓄至死水位2785.00m后，庫水位維持在死水位2785.00m直至2023年4月，持續(xù)時間約20個月。期間，3號導(dǎo)流洞于2022年11月下閘，2022年11月—2023年4月底進行3號導(dǎo)流洞封堵，封堵期間由4號導(dǎo)流洞（放空洞）泄流。結(jié)合兩河口水電站工程特點及工程建設(shè)進展情況，2022年汛前所有泄水建筑物均具備過流條件，水電站將完全具備工程完建后的泄流能力，第三階段提前蓄水將不存在工程度汛安全風險，故考慮縮短水位在2785.00m運行的時間，將3號導(dǎo)流洞下閘及其后續(xù)導(dǎo)流規(guī)劃整體提前1年：即3號導(dǎo)流洞2021年11月下閘，2021年11月—2022年4月進行3號導(dǎo)流洞封堵，進入2022年汛期后，兩河口水庫擇機開始第三階段蓄水。

在綜合考慮減小壩前水位升高帶來的超孔隙水壓力消散、壩體變形協(xié)調(diào)方面的不利影響以及壩體邊坡穩(wěn)定等要求的前提下［3］，按照“早蓄慢蓄、分級抬升、逐級檢驗”的原則，對2022年汛期提前蓄水水位進行上限控制，2022年蓄水目標按照2845.00m控制，其中9月底前爭取到2835.00m水位。2022—2023年枯水期，水庫正常消落至死水位，水庫最終將于2023年汛期首次蓄水至正常蓄水位2865.00m。

兩河口第三階段蓄水，需要充分考慮兩河口自身以及下游錦屏一級電站的蓄水及發(fā)電需求，并盡量利用下游棄水進行蓄水。從資源合理利用的角度出發(fā)，考慮優(yōu)先讓錦屏一級電站將水位蓄至1846.00m后兩河口再進行蓄水，結(jié)合錦屏一級蓄水計算分析及實際運行調(diào)度情況，兩河口第三階段蓄水開始時間為2022年7月。

根據(jù)國家能源局發(fā)布的NB／T10083—2018《水電工程水利計算規(guī)范》，研究采用1952—2020年7—10月的長系列日徑流對兩河口第三階段蓄水過程進行模擬計算，不同蓄水方案代表年蓄水完成時間（見表2）。據(jù)統(tǒng)計，兩河口如從7月1日和7月11日開始蓄水，汛末完成蓄水任務(wù)的概率較高（分別為97%和87%），如從7月21日開始蓄水，完成蓄水任務(wù)的概率較低（51%）。

表2 2022年汛期不同蓄水方案下代表年蓄水完成時間統(tǒng)計

4 兩河口第三階段提前一年蓄水對梯級電站發(fā)電效益的影響

4.1 梯級概況

雅礱江中游河段規(guī)劃按“一庫七級”開發(fā)，自上而下依次為兩河口、牙根一級、牙根二級、楞古、孟底溝、楊房溝和卡拉水電站［4］。兩河口水電站于2014年核準開工，2021年首臺機組投產(chǎn)、預(yù)計2023年完建；孟底溝電站2021年3月核準；楊房溝于2015年核準開工，2021年首臺機組投產(chǎn)、預(yù)計2022年完建；卡拉電站2020年6月核準；其余3座電站仍在開展前期工作。雅礱江下游河段錦屏一級、錦屏二級、官地、二灘和桐子林5座水電站全部投產(chǎn)，總裝機容量1470萬kW。

兩河口2022年汛期提前從死水位向上蓄水至2845m，受到影響的下游梯級電站為：楊房溝、錦屏一級、錦屏二級、官地、二灘、桐子林共計6個水電站。楊房溝—桐子林各梯級電站基本參數(shù)見表3。

表3 楊房溝—桐子林梯級電站基本參數(shù)

4.2 梯級發(fā)電效益分析

對于電站運行方式，錦屏一級及二灘電站具備年調(diào)節(jié)能力，按照汛期等流量枯期等出力的方式運行，其他電站按照日調(diào)節(jié)電站運行［5］。

考慮到梯級電站發(fā)電量分年度考核的特征，將影響分為2022年6—12月和2023年1—5月兩個時段進行分析。

（1）2022年6—12月梯級發(fā)電量變化

對于兩河口來說，蓄水后一方面電站汛期運行水位有所抬高，有水頭效益。另一方面，當年11—12月可發(fā)電用水量增加，故兩河口2022年6—12月發(fā)電量有所增長，平均可增加2.7億kW·h。

對于下游梯級電站，根據(jù)長系列計算及分析結(jié)果，兩河口2022年汛期提前蓄水至2845m后，整體上對于2022年6—12月整個梯級的發(fā)電量有不利影響，雖然進入11—12月后兩河口開始發(fā)揮補償效益，但兩河口在汛期蓄水減少的下游梯級電站的汛期電量大于其在11—12月發(fā)揮的補償效益，故相較于原蓄水方案中兩河口維持在死水位2785m運行，絕大多數(shù)年份下游梯級電站的發(fā)電量都將減少。根據(jù)多年平均統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022年6—12月，楊房溝發(fā)電量平均減少4.8億kW·h，錦屏一級平均減少12.3億kW·h，錦屏二級平均減少13.4億kW·h，官地平均減少5.4億kW·h，二灘平均減少6.3億kW·h，桐子林平均減少0.9億kW·h。

（2）2023年1—5月梯級發(fā)電量變化

2023年1—5月，梯級水電站的發(fā)電量將由于兩河口枯期的補償效益而增加。從兩河口自身分析，2023年1—5月兩河口自身平均可增加發(fā)電量19.4億kW·h。對于下游梯級電站，楊房溝發(fā)電量平均增加9.2億kW·h，錦屏一級平均增加17.4億kW·h，錦屏二級平均增加24.6億kW·h，官地平均增加9.9億kW·h，二灘平均增加12.9億kW·h，桐子林平均增加1.7億kW·h。兩河口—桐子林梯級發(fā)電量共計增加95億kW·h，說明兩河口蓄水后對于次年平枯期（1—5月）補償效益較為可觀。兩河口水電站第三階段提前蓄水帶來發(fā)電效益見表4。

表4 兩河口2022年第三階段蓄水對2022年6月—2023年5月梯級電站發(fā)電量影響 單位：億kW·h

整體來看，2022年當年的梯級電站年發(fā)電量由于兩河口蓄水的緣故不可避免的減少，多年平均梯級發(fā)電量減少40.4億kW·h，但次年1—5月的補償效益更為可觀，多年平均梯級發(fā)電量增加值達到95億kW·h，2022—2023年度合計增加發(fā)電量54.6億kW·h。根據(jù)《四川省發(fā)展和改革委員會關(guān)于再次降低四川電網(wǎng)一般工商業(yè)用電價格等有關(guān)事項的通知》（川發(fā)改價格〔2019〕257號），年調(diào)節(jié)及以上水電分類標桿電價為0.3766元／kW·h，不含稅上網(wǎng)電價為0.333／kW·h，據(jù)此估算兩河口2022年提前一年完成第三階段蓄水創(chuàng)造經(jīng)濟效益約18億元，整體上兩河口2022年第三階段提前蓄水帶來的綜合效益 是相當明顯的。

5 結(jié) 語

兩河口水電站位于四川省甘孜州境內(nèi)，壩前匯入雅礱江、鮮水河、慶大河，一壩鎖三江，水庫調(diào)節(jié)庫容65.6億m3，是雅礱江中游河段的控制性水庫，壩型為土石壩，壩高295m，最大蓄水深度達到258m，蓄水計劃分為三個階段進行。研究表明，兩河口2022年汛期提前開展第三階段蓄并蓄水至2845m后，相較于原蓄水計劃，兩河口—桐子林梯級水電站2022—2023年度合計增加梯級發(fā)電量54.6億kW·h，可創(chuàng)造經(jīng)濟效益約18億元，社會經(jīng)濟效益巨大。

本文采用長系列日徑流對兩河口第三階段蓄水過程進行了模擬計算和效益分析，是國內(nèi)首個采用該方法進行蓄水分析的高壩大庫工程，對蓄水及梯級效益分析較為全面，對國內(nèi)外同類型工程的蓄水規(guī)劃研究有一定的借鑒意義。此外，由于實際蓄水過程與水庫入庫流量相關(guān)性較大，文中關(guān)于蓄水開始時間的確定還可以結(jié)合入庫徑流的隨機性做進一步的優(yōu)化研究。