探析水電站的回蓄方法

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1方案研究的目的

由于抽水蓄能電站下水庫(kù)有效庫(kù)容較小，而流域輸沙量相對(duì)較大，有效庫(kù)容的淤損將影響電站正常經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。因此，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，擬選了有利于大洪水期間加大排沙的水庫(kù)運(yùn)行方式：當(dāng)下水庫(kù)入庫(kù)流量大于500m3/s時(shí)，4h后庫(kù)水位由正常蓄水位66.0m降到死水位62.0m，利用大洪水期降低水位排沙運(yùn)行方式，將大部分入庫(kù)沙量排出庫(kù)外，達(dá)到減小有效庫(kù)容淤積的目的。為保證電站正常運(yùn)行，采用汛期降低庫(kù)水位排沙運(yùn)行時(shí)，需要在洪水過(guò)后退水階段回蓄足夠水量，以滿(mǎn)足發(fā)電用水要求，否則將影響電站經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。為此，需選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)回蓄水量，以保證電站既能合理排沙，又不影響電站的正常發(fā)電運(yùn)行。

2回蓄方案分析

2.1回蓄方案

擬定電站上下水庫(kù)抽、放水工況交替頻繁，在下水庫(kù)回蓄水量階段，即要保證洪水過(guò)后盡快回蓄至正常蓄水位，又要保證回蓄時(shí)如遇電站抽水工況，取水口斷面水位滿(mǎn)足電站正常抽水運(yùn)行條件。下水庫(kù)正常蓄水位66.00m時(shí)的庫(kù)容為2871×104m3，死水位62.00m時(shí)的庫(kù)容為1616×104m3，回蓄階段所需最大水量為1255×104m3。根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)站，砬子溝站的1962至1993年實(shí)測(cè)資料分析，選擇峰后無(wú)雨或小雨的37場(chǎng)大、中、小洪水的退水過(guò)程，綜合分析確定流域的退水曲線(xiàn)，并據(jù)此推求退水流量與退水總量關(guān)系，流域洪水過(guò)后退水階段水量充沛，退水流量400m3/s時(shí)，退水總量可達(dá)4500×104~6300×104m3，而最大回蓄水量為1255×104m3，回蓄所需水量占退水總量比重不大，可保證降低庫(kù)水位排沙運(yùn)行后下水庫(kù)可回蓄至正常蓄水位。這次重點(diǎn)考慮流域洪水量級(jí)、場(chǎng)次洪水退水階段含沙量分布特征和回蓄時(shí)間等因素，并結(jié)合電站抽水工況最大抽水流量388.2m3/s，擬定了2個(gè)回蓄方案。方案1：下水庫(kù)回蓄起始水位為死水位62.00m，洪峰過(guò)后退水階段，入庫(kù)流量小于500m3/s下閘蓄水。方案2：下水庫(kù)回蓄起始水位為死水位62.00m，洪峰過(guò)后退水階段，入庫(kù)流量小于600m3/s下閘蓄水。

2.2回蓄階段

根據(jù)下水庫(kù)蓄水驗(yàn)收階段調(diào)查分析成果：下游生態(tài)環(huán)境對(duì)最小流量要求為1.54m3/s；沿江兩岸居民生活用水約為5m3/s；蔬菜大棚灌溉取水水位要求流量5～10m3/s。抽水蓄能電站下游已建有兩個(gè)小水電站，均為徑流式電站，砬子溝水電站距壩址約3km，裝機(jī)容量209kW，機(jī)組最大引用流量5.68m3/s；豐發(fā)水電站距壩址約10km，裝機(jī)容量3200kW，機(jī)組最大引用流量37.64m3/s。下水庫(kù)按豐發(fā)水電站機(jī)組最大引用流量37.64m3/s控制下泄時(shí)，可基本滿(mǎn)足下游綜合用水要求。這次分析，回蓄階段以不影響下游用水要求為原則，按37.64m3/s控制下泄。

2.3回蓄可靠性分析

（1）回蓄水量。前述分析可知，該流域洪水過(guò)后退水階段水量充沛，可保證降低庫(kù)水位排沙運(yùn)行后回蓄至正常蓄水位。因此，回蓄階段多長(zhǎng)時(shí)間能回蓄至正常蓄水位更為重要。該次選取37場(chǎng)入庫(kù)洪峰流量大于600m3/s的大、中、小實(shí)測(cè)洪水摘錄資料，按擬定的回蓄方案，分析回蓄至66.00m水位時(shí)的回蓄時(shí)間。方案1平均回蓄時(shí)間為10.4h，最長(zhǎng)回蓄時(shí)間為15h（1992年），最短回蓄時(shí)間為8h；方案2平均回蓄時(shí)間為8.6h，最長(zhǎng)回蓄時(shí)間為12h（1992年），最短回蓄時(shí)間為7h；各方案均可滿(mǎn)足回蓄至正常蓄水位要求，回蓄時(shí)間的長(zhǎng)短與前期干旱程度、降雨歷時(shí)長(zhǎng)短和雨型分布有關(guān)。上述回蓄時(shí)間按62.00～66.00m之間的有效庫(kù)容1255×104m3計(jì)算，如扣除冰庫(kù)容、備用庫(kù)容水量，則僅需864×104m3水量就能保證電站正常運(yùn)行，因此回蓄水量是有保證的。

（2）回蓄階段下水庫(kù)水位。回蓄階段遇抽水工況，如果下水庫(kù)水位低于死水位，則可能影響電站正常抽水運(yùn)行。這次按回蓄起始時(shí)刻下水庫(kù)水位處于死水位時(shí)，遭遇電站按最大抽水流量連續(xù)抽水運(yùn)行6h的最不利工況，分析下水庫(kù)可能達(dá)到的水位。電站最大抽水流量為388.2m3/s，滿(mǎn)足下游綜合用水要求控泄流量為37.64m3/s，為保證抽水工況下水庫(kù)水位不低于死水位，則需回蓄階段的前6h時(shí)段平均入庫(kù)流量不小于425.84m3/s。根據(jù)前述37場(chǎng)洪水過(guò)程線(xiàn)，按回蓄起始時(shí)刻電站以最大抽水流量連續(xù)運(yùn)行6h，逐一進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，推求各場(chǎng)洪水回蓄階段的庫(kù)容和庫(kù)水位變化過(guò)程，據(jù)此統(tǒng)計(jì)不同回蓄方案下的水庫(kù)消落最低水位，方案1回蓄階段水庫(kù)最低運(yùn)行水位低于死水位的洪水有15場(chǎng)，其中最低運(yùn)行水位為61.36m，方案2回蓄階段水庫(kù)最低運(yùn)行水位低于死水位的洪水僅有1場(chǎng)，最低運(yùn)行水位61.95m。下水庫(kù)進(jìn)出水口頂板（攔污柵頂）高程59.50m，根據(jù)蓄水安全鑒定階段下水庫(kù)進(jìn)出水口水力計(jì)算成果，頂板以上最小淹沒(méi)水深為1.92m，即下水庫(kù)運(yùn)行水位不低于61.42m方能滿(mǎn)足最小淹沒(méi)水深要求。方案1最低運(yùn)行水位61.36m，不能滿(mǎn)足進(jìn)出水口頂板以上最小淹沒(méi)水深要求，而方案2最低運(yùn)行水位61.95m，僅比死水位低0.05m，較進(jìn)出水口頂板高2.45m，可滿(mǎn)足電站正常抽水運(yùn)行要求。綜上分析，按方案1回蓄，則下水庫(kù)有近40%的場(chǎng)次洪水運(yùn)行水位出現(xiàn)低于死水位情況，且個(gè)別年份最低運(yùn)行水位不能滿(mǎn)足頂板以上最小淹沒(méi)水深要求，下水庫(kù)水位保證程度不高。方案2則僅有1年水位低于死水位，對(duì)電站抽水運(yùn)行無(wú)影響，方案2滿(mǎn)足回蓄階段的水位運(yùn)行條件。

2.4回蓄方案選定

采用汛期降低庫(kù)水位排沙運(yùn)行方案，回蓄可靠性是評(píng)價(jià)排沙運(yùn)行方案優(yōu)劣的重要依據(jù)。對(duì)比分析兩種擬定回蓄方案，方案2無(wú)論從回蓄水量上，還是從不利遭遇組合情況下的水庫(kù)水位運(yùn)行條件，均能滿(mǎn)足電站正常運(yùn)行要求。因此，回蓄方案選擇方案2，即：下水庫(kù)回蓄起始水位為死水位62.00m，洪峰過(guò)后退水階段入庫(kù)流量小規(guī)劃設(shè)計(jì)于600m3/s下閘蓄水，控制下泄流量37.64m3/s。

3結(jié)論

在滿(mǎn)足下水庫(kù)汛期排沙運(yùn)行的時(shí)，保證電站發(fā)電調(diào)度正常運(yùn)行的重要方案，通過(guò)對(duì)37場(chǎng)實(shí)測(cè)大、中、小型洪水過(guò)程分析，結(jié)合工程下游現(xiàn)有用水戶(hù)用水需求，從回蓄水量、回蓄時(shí)機(jī)和工程自身的要求等多方面分析，最終推薦“洪峰過(guò)后退水階段入庫(kù)流量小于600m3/s下閘蓄水”的回蓄方案，即滿(mǎn)足了下水庫(kù)降低水位排沙運(yùn)行的要求，又在最大程度上減少對(duì)電站發(fā)電的影響。

作者：魏櫻陳俊匡兵孫慶財(cái)單位：遼寧丹東太平灣發(fā)電廠丹東遼寧省水文資源勘測(cè)局撫順中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司長(zhǎng)春吉林省防汛機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)