水口壩下水位治理工程建設必要性分析論證

扈曉雯，湯 暘，芮德繁

（中國水電顧問集團華東勘測設計研究院，浙江 杭州 310014）

1 閩江流域航運概況

閩江為福建省發(fā)展內河航運的主要河流，目前流域內有沿富屯溪及沙溪的鷹廈鐵路、沿建溪的橫南鐵路和沿閩江干流的外福鐵路為骨干的運輸網，同時流域內公路交通發(fā)達。近年來，在交通部和福建省政府的重視與支持下，水運基礎設施的建設得到了明顯加強，沙溪上先后興建了多座船閘，永安市至南平市145.8 km航道已達V級標準。富屯溪上也先后興建了多座船閘，順昌市至南平市60 km航道已達V級標準，邵武市至順昌市98 km航道已達VII級標準。建溪上的建甌市至南平市67 km航道也已達V級標準。閩江干流自1996年建成水口樞紐，并對水口樞紐下游礙航險灘進行整治后，水口水電站樞紐至福州市84 km航道除部分河段外，已基本達到IV級標準，福州市至梅花出海口航道達I級標準，2萬t巨輪可以乘潮進出福州港。

根據《福建省內河航運規(guī)劃》成果，閩江流域內河航道：2010年貨運量1 745萬t，貨運周轉量13.8億t·km；2020年貨運量2 210萬t，貨運周轉量19.5億t·km。閩江干流：2010年貨運量950萬t，其中下行530萬t、上行420萬t；2020年閩江干流貨運量1 200萬t，其中下行670萬t、上行530萬t。水口水電站：2010年過壩貨運量795萬t；2020年過壩貨運量 1 125萬t。

目前，水口水電站下游河床下切，水位下降，水口水電站的過船建筑物門檻水深不足，導致船舶過壩不暢，每年實際過閘貨運量僅110萬t左右，約為過閘設計通過能力400萬t的25%，如2008年水口過閘貨運量約為110萬t，差距較大。按水口水電站現(xiàn)有的船閘通航能力分析，至規(guī)劃水平年2010年、2020年，將分別有近690萬t、1 020萬t的貨物由水運改為其它運輸方式承擔。目前，閩江水運主要集中在水口水電站壩下至閩江口河段，里程約84 km。

根據水口水電站通航建筑物原設計成果，上游最高通航水位為65 m，上游最低通航水位55 m；下游最高通航水位21.8 m（重現(xiàn)期2年洪水），下游最低通航水位7.64 m（下泄流量308 m3/s）。

2 水口水電站下游航運存在的主要問題

隨著閩江干流和主要支流水電站梯級的陸續(xù)開發(fā)，一定程度上渠化了原有天然河道，大部分暗礁和險灘被淹沒，河道通航條件得到較大改善。上世紀80年代后陸續(xù)開發(fā)建設的水電站已均按規(guī)定預留了船閘位置，并且上閘首等水下部分均已一次性建成。對通航來說，這些水電閘壩的形成整體上利大于弊，為未來航運發(fā)展創(chuàng)造了一定的有利條件。

水口水電站的建設大大改善了南平至水口水電站的航運條件，為未來擴大閩江運輸能力、開辟內河集裝箱航線創(chuàng)造了有利條件，但是目前發(fā)展閩江航運的最大瓶頸在水口水電站以及下游河道下切。主要原因是隨著水口水電站的建成投運，壩址上游大部分泥沙被攔在庫內，導致大壩下游泥沙減少，加上常年無序采砂，下游河道水力條件發(fā)生了很大變化，河床沖刷程度嚴重，直接導致水口水電站樞紐壩址下游河床下切、水位下降，枯水期水口通航建筑物門檻水深不足，嚴重時產生斷航。根據水口樞紐通航建筑物設計，當水口電站下泄308 m3/s時，下游最低通航水位為7.64 m，相應的四閘首門檻水深為3 m。自水口電站建成后，相同流量的下游水位一直處于下降中，至水口電站全部機組建成投產時，基荷流量時，四閘首門檻水深僅為1.53 m，較設計值低了1.47 m。此后，由于河床仍處于下切中，至2004年12月，當泄放308 m3/s時，下游水位僅為4.42 m，較設計通航水位降低了3.22 m，船閘四閘首檻頂出露水面。為滿足通航要求，水口電站下泄航運流量不斷加大，從2000年800 m3/s到2006年提高到2 350 m3/s，為原設計所需最小通航流量的7倍多。目前為滿足船舶正常進出船閘和河道設計通航水深要求，需要電站往下游加大泄放流量，這就要求水口水電站加大強迫出力，而加大強迫出力對水口水電站的發(fā)電效益將產生較大的不利影響。

3 工程建設必要性論證

3.1 改善閩江下游航道條件以恢復通過能力

若下游航道進一步惡化，將可能導致福州至南平的全面斷航，相關航運企業(yè)的生存發(fā)展將面臨挑戰(zhàn)，不利于社會經濟的協(xié)調發(fā)展。

本工程建設可解決水口水電站樞紐壩址下游河床下切、水位下降問題，消除閩江航運發(fā)展的最大障礙。工程建成后使下游水位恢復到原設計水位7.64 m，可一定程度上減輕水口水電站調峰運行不穩(wěn)定流的影響，同時也減輕對下游河床的沖刷影響，可大大改善閩江下游河道的通航條件，為擴大閩江運輸能力、開辟內河集裝箱航線創(chuàng)造有利條件。

3.2 保證水口水電站機組穩(wěn)定運行

水口水電站正常蓄水位為65 m，死水位為55 m，電站裝機7臺，裝機容量1 400 MW，電站滿發(fā)流量為3 934 m3/s，電站設計水頭45.3 m。水口水電站選用軸流式機型，使用水頭范圍為30～55 m，當消落水位為57 m時，水口水電站運行水頭在30～58 m。目前由于水口電站大壩下游河床不斷下切，機組滿發(fā)流量對應的水口尾水處的水位為9.47 m，較原設計的下游水位12.98 m低3.51 m。由于水口水電站下游河床下切、電站發(fā)電尾水位下降、淹沒水深不足，水輪機吸出高度比設計臨界值小，在此類運行工況下，機組振動、擺動、氣蝕大幅度增加，對水輪發(fā)電設備造成嚴重損傷。

本工程建成投產后，將適度抬升水口水電站下游水位。在水口水電站下泄308 m3/s的航運流量時，水口水電站下游水位將抬高至原設計的7.64 m，滿足通航要求，同時水口水電站機組滿發(fā)流量3 934 m3/s對應水口壩下水位抬高至11.66 m，較現(xiàn)狀相同流量對應的水位抬高約2.19 m，使得水口水電站機組淹沒水深不足、水輪機吸出高度比設計臨界值小的問題得以解決。

3.3 改善水口水電站運行條件并提高電能質量

由于水口水電站壩下水位持續(xù)下降，水口公司為維持通航，每年都在增加保證通航的泄量，嚴重制約水口水電站在福建電網中調峰、備用等能力的發(fā)揮。

水口水電站原設計航運基流為308 m3/s，為維持通航，水口水電站下泄的航運基流不斷增加，2000年為800 m3/s，2004年為1 500 m3/s，2005年為2 000 m3/s，2006年提高至2 350 m3/s，為原設計所需最小通航流量的7倍多。由于航運基流增加，水口水電站的正常運行受到較大的制約，電站基荷發(fā)電量增加，峰荷電量減少，調峰及備用能力基本不能發(fā)揮，電站容量效益達不到原設計的要求，也對電網安全穩(wěn)定運行產生不利影響。

本工程建設后，可使水口水電站承擔正常的調峰和備用任務，發(fā)揮電站容量效益，為電網提供優(yōu)質的電力和電量，提升電站整體效益水平，有利于電網的穩(wěn)定、經濟運行。

3.4 解決閩江中下游航運問題的較佳治理方案

在水口水電站樞紐壩下水位治理工程方案研究階段，提出兩類方案進行比較，第一類方案是研究對原通航建筑物進行改造，即在原三級船閘和升船機下游分別增建一級船閘，通過增建船閘，與現(xiàn)有的下游引航道銜接，以恢復枯水期正常通航條件。第二類方案是在水口壩下一定范圍的河段內新建綜合樞紐工程，以恢復該河段在通航基荷流量條件下水口樞紐過壩最低通航水位7.64 m，并恢復電站的正常尾水位。

經對地形地質條件、水口水電站（包括嵩灘埔電站）的防洪與發(fā)電的影響、水工建筑物、施工組織設計、建設征地移民安置、投資估算、施工期通航條件等進行綜合分析研究，推薦采用在水口電站下游一定范圍內河段上新建樞紐方案，抬高水位解決通航問題。

水口壩下水位治理具有綜合治理能力強、工程措施全面的特點。工程建設后，可確保水口水電站通航建筑物有足夠的門檻水深，利于上下行船舶正常進出水口水電站通航建筑物，是解決閩江中、下游航運問題較佳的治理方案。

3.5 有利于社會經濟協(xié)調發(fā)展

水口壩下水位治理建成投產后，改善了閩江的航運條件，使水口電站現(xiàn)有航運能力得到較大的提高，從而保證了福建閩江內河航運的2010年、2020年等遠期規(guī)劃目標得以實現(xiàn)。因此，本工程建設可促進閩江航運事業(yè)的良性健康發(fā)展，帶動沿江經濟社會發(fā)展，解決部分人口就業(yè)問題，支撐和諧社會的構建，為全面建設小康社會、為海峽西岸經濟區(qū)建設做出貢獻。

3.6 經財務評價分析，工程經濟上可行

本工程具有通航效益和增加水口電站容量效益。從財務評價角度分析，以水口電站增量電價體現(xiàn)，財務上可行，且該方式具有較好的可操作性。

4 結 語

為充分利用閩江航運條件，進一步擴大閩江運輸能力，解決水口水電站樞紐壩址下游河床下切、水位下降問題，改善水口水電站運行條件，發(fā)揮水口水電站的調峰、備用能力，經對水口壩下項目進行技術經濟比較論證，在水口水電站下游興建樞紐工程是十分必要的。