“以庫代池”方案對柳洪水電站運行的影響

黃 波， 段志勇

(四川美姑河水電開發有限公司，四川成都 610072)

1 工程概述

柳洪水電站位于四川省涼山彝族自治州美姑縣柳洪鄉，是美姑河干流梯級規劃一庫五級開發方案中的第四級。柳洪水電站采用低閘引水式開發，總庫容65萬m3，設計水頭358 m，設計發電引用流量57 m3/s，裝機容量180 MW，保證出力34.7 MW，多年平均發電量8.45億 kW·h。

2 美姑河流域水文概況

美姑河為金沙江左岸的一級支流，地處大涼山腹地，發源于大涼山南麓(美姑縣)，于雷波縣上田壩鄉注入金沙江。美姑河干流全長170 km，落差2 983 m，集水面積3 183 km2。柳洪水電站閘址位于美姑河下游拉馬鄉瓦里村，集水面積2 215 km2。美姑河屬于典型的山區河流，河床強烈下切，自河源至河口由海拔3 855 m降為409 m。

美姑河流域屬川西高原氣候區，具有明顯的雨旱季節，每年的5～10月為雨季，12月至～翌年4月為旱季。根據美姑河拉馬水文站(位于柳洪水電站閘址上游約3 km處)的統計數據:多年平均流量42.8 m3/s，徑流的年內分配與降雨年內分配基本相應，豐水期(6～10月)多年平均流量為78.9 m3/s，占年徑流的 77.1%，枯水期(11 月～翌年5月)多年平均流量為16.9 m3/s，占年徑流的 22.9%。

美姑河流域洪水由降雨形成。流域內群山環繞，相對高差大，地形地貌復雜，致使暴雨特征獨特:籠罩范圍小、歷時短(主雨時段集中在2～6 h以內)、強度大、多在夜間(主要在21∶00至次日02∶00之間)。由于流域內山高坡陡、植被破壞，降水后產匯流作用快，加之其暴雨特性，美姑河流域洪水顯現出產流快、陡漲陡落的特征。往往一次暴雨過程在2～3 h內完成，暴雨結束2～4 h后，柳洪水電站入庫流量便在半個小時內從幾十m3/s漲至幾百m3/s。

美姑河流域內由于砍伐嚴重、陡坡開荒，使林木植被覆蓋較差，土壤裸露，加之山高坡陡且多暴雨洪水，致使水土流失十分嚴重。每至雨季，地表徑流對大面積表土的沖蝕、河谷兩岸的塌方及泥石流便成為河流泥沙的主要來源。據統計，柳洪水電站閘址以上流域多年平均輸沙模數達1 150 t/km2，閘址處懸移質多年平均年輸沙量為255萬t，多年平均含沙量為1.9 kg/m3，多年汛期平均含沙量為2.56 kg/m3;輸沙量與水流量對應、沙峰與洪峰對應，絕大部分集中在汛期(5～9月)，多年汛期平均輸沙量占全年輸沙量的97.7%。

3 以庫代池方案的具體特點

受地形限制，柳洪水電站在初步設計階段設計采用地下式沉沙池進行沉沙，為保證可靠性，將其設置為雙沉沙池;與沉沙池方案對應的水庫運行方案為:多沙期(汛期，5～9月)，水庫水位在排沙水位高程1 293 m運行，以保證水庫不被泥沙淤積;少沙期(10月～翌年4月)，水庫在死水位至正常蓄水位高程1 305 m之間進行日調節運行。

由于地下沉沙池工程量大、投資大，設計結合柳洪水電站直河道型水庫的地形特征，參考國內已有水電站用水庫進行沉沙的成功經驗，遂在柳洪水電站施工階段取消了地下沉沙池，改由水庫沉沙，即“以庫代池”方案。與以庫代池方案對應的水庫運行方案(經模型試驗確定)為:

(1)在少沙期(10月～翌年4月)，抬高庫水位(蓄沙)運行，水庫在死水位高程1 296～正常蓄水位高程1 305 m之間進行日調節運行。

(2)在多沙期(汛期，5～9月)，當入庫流量小于250 m3/s且入庫含沙量小于7 kg/m3時，水庫水位維持在汛期沉沙水位高程1 299 m運行，使入庫懸移質粗沙及推移質泥沙在取水口以上庫區淤落;當入庫流量大于250 m3/s時，或者入庫含沙量大于7 kg/m3時，或者閘前泥沙淤積高程與取水口攔沙坎高程差小于0.5 m時，電站進行全停機敞泄(避峰、沖沙)運行，同時可以沖走水庫內淤積的泥沙。

根據柳洪水電站的豐、中、枯水年入庫水沙資料統計計算，電站年均避峰約8 d;此外，汛初及汛末尚需分別敞泄沖沙1次(每次沖沙時間約6 h左右)，即:柳洪水電站以庫代池方案的年平均停機沖沙時間約為停3臺機204 h，損失汛期電量約3 700萬kW·h。

為滿足水庫實時調度要求，在原水情測報系統的基礎上增加了泥沙測報系統:自動實時測報入庫含沙量(拉馬水文站)、過機含沙量(尾水渠)、人工測報入庫含沙量(拉馬水文站)、出庫含沙量(閘前1#監測斷面)及過機含沙量(取水口)。

4 以庫代池對電站運行的影響

在嚴格執行水庫運行方案的情況下，以庫代池方案的沉沙效果是能夠滿足設計要求的。但是，根據筆者在實際的水庫調度和電站運行工作經驗看，柳洪水電站以庫代池方案在水庫調度和電站發電運行方面存在一些問題或不足:

(1)全停機次數過多，運行操作量大。由于每年需要進行10次左右(主要集中在6～8月)的全停機敞泄，這使得汛期電站的運行操作量大增，每次全停機敞泄的操作過程需要1～2 h，全停機敞泄后的蓄水發電操作過程也需要1～2 h。大量的操作工作，加之這些操作由于美姑河洪水來勢非常陡急的緣故也往往非常緊急，從而給電站的安全生產帶來一定影響，操作越多，出錯的可能性也就越大。一般來講，水電站都在汛期前完成設備檢修維護工作，汛期盡量利用來水多發電，盡量減少設備操作。

(2)泥沙實時監測困難。對于用水庫沉沙的以庫代池方案來講，實時入庫含沙量是水庫調度中最重要的信息之一。在柳洪水電站閘址上游約3 km處的拉馬水文站的含沙量既能代表柳洪水電站的入庫泥沙含量，也有一定的預報時間。但是原泥沙測報系統設計方案中的泥沙實時測量設備因現場環境不滿足設備工作條件而無法投入實時監測;據向設計院了解，目前國內外均無符合現場環境的泥沙實時測量設備。

(3)影響電網電量平衡和電站發電量。柳洪水電站裝機180 MW，占四川電網系統負荷的比重并不大，但是電網負荷在一天之中變化大，特別是峰谷比值越來越大。由于流域內強降雨多發生在夜間，導致柳洪水電站在白天電網高峰負荷時段全停機概率較大，而此時電網也缺少發電能力。另一方面，四川電網內遇大洪水需要全停機避峰的水電裝機容量高達數百萬千瓦，一旦發生大范圍的洪水，將極大的影響四川電網的電量平衡，特別是主暴雨期也是電網負荷高峰期的7、8月份。由于各水電站全停機避峰(洪峰或沙峰)是不可確定準確時間的緊急事件，電網方面在突然失去這些發電能力后，必須盡快安排其它發電機組頂替發電;當全停機避峰水電站避峰完畢、恢復發電能力時，電網方面就要安排一些機組停機，以便讓這些水電的機組發電，從而也加大了電網安排協調的難度。因為電網內不是所有機組都可以隨時開停機增減負荷，特別是火電機組;再者，恢復發電時，由于電網安排負荷困難，避峰完畢的水電站一般不能馬上恢復滿發，加之蓄水發電操作消耗的時間等，電站全停機避峰損失的電量會比理論計算值大。

(4)汛期入庫含沙量大于7 kg/m3時全停機的條件設置過于簡單。在實際運行中，發生過入庫流量只有14 m3/s，但泥沙含量卻高達24 kg/m3的情況。此時，按照水庫運行方案，需要全停機;但是，由水力學知識可知，在這樣小的流量下水庫沉沙率遠高于設計要求。水庫沉沙能否滿足過機要求，實際上是由入庫流量和入庫含沙量兩個條件共同決定的，其臨界值為一條二維曲線。筆者認為:應根據水力學理論計算和模型試驗結果在入庫流量和入庫含沙量的二維平面上繪制出水庫的各種運行區域，如日調節區、沉沙區、沖沙區等，指導水庫的調度和發電運行。

5 結語

柳洪水電站實施的以庫代池方案總體上來講其運行效果是良好的，但是，也加重了水庫調度、運行操作和電力營銷等方面的工作。柳洪水電站以庫代池方案實施時，偏重于理想化的理論情況，對實際運用情況考慮不足;而水電站的運行周期長達幾十年甚至上百年。水電站實施以庫代池方案時，應充分考慮電站水情、泥沙監測、水庫調度和生產運行各方面的情況。