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有效庫容較小，而流域輸沙量相對較大，有效庫容的淤損將影響電站正常經濟效益的發揮。因此，在工程設計時，擬選了有利于大洪水期間加大排沙的水庫運行方式：當下水庫入庫流量大于500m3/s時，4h后庫水位由正常蓄水位66.0m降到死水位62.0m，利用大洪水期降低水位排沙運行方式，將大部分入庫沙量排出庫外，達到減小有效庫容淤積的目的。為保證電站正常運行，采用汛期降低庫水位排沙運行時，需要在洪水過后退水階段回蓄足夠水量，以滿足發電用水要求，否則將影響電站經濟效益的發揮。為此，需選擇恰當的時機回蓄水量，以保證電站既能合理排沙，又不影響電站的正常發電運行。

2回蓄方案分析

2.1回蓄方案

擬定電站上下水庫抽、放水工況交替頻繁，在下水庫回蓄水量階段，即要保證洪水過后盡快回蓄至正常蓄水位，又要保證回蓄時如遇電站抽水工況，取水口斷面水位滿足電站正常抽水運行條件。下水庫正常蓄水位66.00m時的庫容為2871×104m3，死水位62.00m時的庫容為1616×104m3，回蓄階段所需最大水量為1255×104m3。根據設計依據站，砬子溝站的1962至1993年實測資料分析，選擇峰后無雨或小雨的37場大、中、小洪水的退水過程，綜合分析確定流域的退水曲線，并據此推求退水流量與退水總量關系，流域洪水過后退水階段水量充沛，退水流量400m3/s時，退水總量可達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，可保證降低庫水位排沙運行后下水庫可回蓄至正常蓄水位。這次重點考慮流域洪水量級、場次洪水退水階段含沙量分布特征和回蓄時間等因素，并結合電站抽水工況最大抽水流量388.2m3/s，擬定了2個回蓄方案。方案1：下水庫回蓄起始水位為死水位62.00m，洪峰過后退水階段，入庫流量小于500m3/s下閘蓄水。方案2：下水庫回蓄起始水位為死水位62.00m，洪峰過后退水階段，入庫流量小于600m3/s下閘蓄水。

2.2回蓄階段

根據下水庫蓄水驗收階段調查分析成果：下游生態環境對最小流量要求為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小水電站，均為徑流式電站，砬子溝水電站距壩址約3km，裝機容量209kW，機組最大引用流量5.68m3/s；豐發水電站距壩址約10km，裝機容量3200kW，機組最大引用流量37.64m3/s。下水庫按豐發水電站機組最大引用流量37.64m3/s控制下泄時，可基本滿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，該流域洪水過后退水階段水量充沛，可保證降低庫水位排沙運行后回蓄至正常蓄水位。因此，回蓄階段多長時間能回蓄至正常蓄水位更為重要。該次選取37場入庫洪峰流量大于600m3/s的大、中、小實測洪水摘錄資料，按擬定的回蓄方案，分析回蓄至66.00m水位時的回蓄時間。方案1平均回蓄時間為10.4h，最長回蓄時間為15h（1992年），最短回蓄時間為8h；方案2平均回蓄時間為8.6h，最長回蓄時間為12h（1992年），最短回蓄時間為7h；各方案均可滿足回蓄至正常蓄水位要求，回蓄時間的長短與前期干旱程度、降雨歷時長短和雨型分布有關。上述回蓄時間按62.00～66.00m之間的有效庫容1255×104m3計算，如扣除冰庫容、備用庫容水量，則僅需864×104m3水量就能保證電站正常運行，因此回蓄水量是有保證的。

（2）回蓄階段下水庫水位。回蓄階段遇抽水工況，如果下水庫水位低于死水位，則可能影響電站正常抽水運行。這次按回蓄起始時刻下水庫水位處于死水位時，遭遇電站按最大抽水流量連續抽水運行6h的最不利工況，分析下水庫可能達到的水位。電站最大抽水流量為388.2m3/s，滿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水位不低于死水位，則需回蓄階段的前6h時段平均入庫流量不小于425.84m3/s。根據前述37場洪水過程線，按回蓄起始時刻電站以最大抽水流量連續運行6h，逐一進行洪水調節計算，推求各場洪水回蓄階段的庫容和庫水位變化過程，據此統計不同回蓄方案下的水庫消落最低水位，方案1回蓄階段水庫最低運行水位低于死水位的洪水有15場，其中最低運行水位為61.36m，方案2回蓄階段水庫最低運行水位低于死水位的洪水僅有1場，最低運行水位61.95m。下水庫進出水口頂板（攔污柵頂）高程59.50m，根據蓄水安全鑒定階段下水庫進出水口水力計算成果，頂板以上最小淹沒水深為1.92m，即下水庫運行水位不低于61.42m方能滿足最小淹沒水深要求。方案1最低運行水位61.36m，不能滿足進出水口頂板以上最小淹沒水深要求，而方案2最低運行水位61.95m，僅比死水位低0.05m，較進出水口頂板高2.45m，可滿足電站正常抽水運行要求。綜上分析，按方案1回蓄，則下水庫有近40%的場次洪水運行水位出現低于死水位情況，且個別年份最低運行水位不能滿足頂板以上最小淹沒水深要求，下水庫水位保證程度不高。方案2則僅有1年水位低于死水位，對電站抽水運行無影響，方案2滿足回蓄階段的水位運行條件。

2.4回蓄方案選定

采用汛期降低庫水位排沙運行方案，回蓄可靠性是評價排沙運行方案優劣的重要依據。對比分析兩種擬定回蓄方案，方案2無論從回蓄水量上，還是從不利遭遇組合情況下的水庫水位運行條件，均能滿足電站正常運行要求。因此，回蓄方案選擇方案2，即：下水庫回蓄起始水位為死水位62.00m，洪峰過后退水階段入庫流量小規劃設計于600m3/s下閘蓄水，控制下泄流量37.64m3/s。

3結論

在滿足下水庫汛期排沙運行的時，保證電站發電調度正常運行的重要方案，通過對37場實測大、中、小型洪水過程分析，結合工程下游現有用水戶用水需求，從回蓄水量、回蓄時機和工程自身的要求等多方面分析，最終推薦“洪峰過后退水階段入庫流量小于600m3/s下閘蓄水”的回蓄方案，即滿足了下水庫降低水位排沙運行的要求，又在最大程度上減少對電站發電的影響。

作者：魏櫻陳俊匡兵孫慶財單位：遼寧丹東太平灣發電廠丹東遼寧省水文資源勘測局撫順中水東北勘測設計研究有限責任公司長春吉林省防汛機動搶險隊