四川省碩曲河干流鄉(xiāng)城段水電規(guī)劃方案優(yōu)化研究

王文奇，溫 鵬

（四川省清源工程咨詢有限公司，成都 610072）

1 問題的提出

2005年3月，四川省發(fā)展改革委員會、四川省水利廳以“川發(fā)改能源［2005］147號”下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)甘孜州碩曲河干流鄉(xiāng)城、得榮段水電規(guī)劃報告審查意見的通知》，審查 “同意考慮金沙江干流梯級電站回水影響、河流特性、鄉(xiāng)城縣城河段不脫減水、閘（壩）廠址條件及行政區(qū)劃等因素，碩曲河干流在鄉(xiāng)城縣河段內(nèi)規(guī)劃古瓦、娘擁、鄉(xiāng)城、洞松、格龍五級電站，……”。鄉(xiāng)城縣境內(nèi)的五個梯級電站規(guī)劃總裝機容量47.7萬kW，保證出力10.15/10.85萬kW （單獨/聯(lián)合運行），多年平均年發(fā)電量23.26/23.69億kWh（單獨 /聯(lián)合運行）。其中古瓦為季調(diào)節(jié)水庫電站，洞松和鄉(xiāng)城梯級為近期開發(fā)工程。碩曲河干流鄉(xiāng)城段水電規(guī)劃方案梯級電站主要工程特性指標(biāo)見表3中的“原規(guī)劃方案”，梯級開發(fā)平面布置如圖1所示。

《關(guān)于印發(fā)甘孜州碩曲河干流鄉(xiāng)城、得榮段水電規(guī)劃報告審查意見的通知》中明確指出“溫辛柯溝口至拉瑪隆河段平緩、河谷相對開闊，蓄水條件好，兩岸邊坡穩(wěn)定，在避開斷層影響的前提下，規(guī)劃擬定季調(diào)節(jié)水庫電站古瓦電站基本合適，該電站位于無人居住地區(qū)，淹沒損失小，現(xiàn)壩高僅57m，可獲3086萬m3庫容。下階段應(yīng)進(jìn)一步研究提高古瓦電站水庫正常蓄水位或下移壩址，提高其調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)效益。” 因此，在開展碩曲河鄉(xiāng)城段梯級電站預(yù)可行性研究工作之前，需對“龍頭”水庫古瓦電站及其下游梯級的開發(fā)方式、特征水位、調(diào)節(jié)性能、裝機規(guī)模等進(jìn)行復(fù)核和深入研究，為政府的最終決策提供科學(xué)依據(jù)。

2 河流概況

碩曲河為金沙江上段左岸二級支流，是金沙江一級支流定曲河左岸最大支流，發(fā)源于四川省甘孜州理塘縣沙魯里山東麓，自北向南流，經(jīng)喇嘛埡在溫辛柯溝口進(jìn)入鄉(xiāng)城縣境內(nèi)（其中溫辛柯溝口-拉瑪隆-古隆河段為鄉(xiāng)城、稻城兩縣的界河），流經(jīng)沙貢、水洼、尼斯、桑披（鄉(xiāng)城縣城）、青德等地，于同顛附近進(jìn)入云南省境內(nèi)香格里拉縣（中甸縣）后，以東北-西南向流經(jīng)東旺，又轉(zhuǎn)入四川省德榮縣境內(nèi)，在得榮縣古學(xué)大橋匯入定曲河。河道全長279km，流域面積6735km2，河口多年平均流量89.5m3/s。其中碩曲河鄉(xiāng)城段起于溫辛柯溝口，止于洞松鄉(xiāng)格龍溝口下游約2.4km處，河段長約122.1km，天然落差876.7m，平均比降7.18‰。

3 規(guī)劃方案優(yōu)化研究

3.1 規(guī)劃梯級總體布局分析

碩曲河干流在鄉(xiāng)城縣河段內(nèi)規(guī)劃有古瓦、娘擁、鄉(xiāng)城、洞松、格龍五級電站，梯級開發(fā)平面布置如圖1所示。從對河流水能資源的利用程度分析，集雨面積100km2以上的支流徑流都得到了充分利用，其中古瓦電站利用引水隧洞將壩址下游支流鄧波曲（集雨面積517km2）徑流引入古瓦水庫加以利用，支流日日韻（集雨面積159 km2）和浪充擁（集雨面積106 km2）徑流直接進(jìn)入鄉(xiāng)城水庫，支流熱勒擁（集雨面積181km2）徑流匯入洞松水庫，支流休岡登（集雨面積210km2）和然烏曲（集雨面積253km2）徑流匯入格龍水庫；從規(guī)劃階段確定的工程規(guī)模看，各梯級裝機容量除格龍為4.2萬kW，其他梯級在7.8萬kW～14.7萬kW之間，電站規(guī)模較為適中；從各梯級引水隧洞長度看，除格龍電站為6.9km外，其他梯級在17～19.4km之間，引水隧洞施工難度較小。

綜合上述，碩曲河鄉(xiāng)城段的規(guī)劃梯級開發(fā)方案總體布置格局合理，支流水能資源利用較充分，可作為規(guī)劃優(yōu)化的基礎(chǔ)。

3.2 規(guī)劃方案優(yōu)化思路

以碩曲河鄉(xiāng)城段的梯級開發(fā)總體布置格局不變?yōu)樵瓌t，結(jié)合現(xiàn)場查勘選點情況，主要從如下3個方面研究規(guī)劃方案優(yōu)化問題。

（1）提高“龍頭”水庫調(diào)節(jié)性能，增加梯級補償效益

碩曲河干流在鄉(xiāng)城縣河段利用落差約900m，提高龍頭水庫的調(diào)節(jié)性能，可增大庫蓄電能，并大大改善梯級補償效益

根據(jù)河流特性、地形和地質(zhì)情況分析，古瓦水電站規(guī)劃壩址下游連續(xù)分布有鄧波曲（左岸）、登洛（右岸）、擦金許（左岸）、永?。ㄓ野叮┧臈l支溝（如圖2），河道平均坡降為8‰，坡度較緩，具有較好的壩址。因此擬將壩址由規(guī)劃階段的拉瑪隆上游1340m處下移約3.4km到擦金許溝下游約880m處，既能避開日戈-拉瑪隆斷層，又可省去鄧波曲引水工程，縮短引水隧洞長度；為使電站尾水與下游娘擁梯級調(diào)整后的正常蓄水位及水庫回水水位銜接，同時將古瓦廠址由洼龍溝上游調(diào)整至洼龍溝下游。

古瓦水庫按完全年調(diào)節(jié)考慮時，正常蓄水位為3405m，攔河大壩壩高從規(guī)劃階段的57m增加到150m，水庫正常蓄水位以下庫容由3086萬m3增加到2.809億 m3，調(diào)節(jié)庫容由 2003萬m3增加到2.64億m3，電站裝機容量由12.6萬kW 增加到22.2萬kW，多年平均年發(fā)電量由5.61億kWh增加到7.77億kWh。由于古瓦 “龍頭”水庫電站調(diào)節(jié)性能的提高，并與下游娘擁、鄉(xiāng)城、洞松、格龍4級電站基本同步運行，4級電站的裝機容量較規(guī)劃階段增加9.90萬kW，增加年發(fā)電量2.235億kWh，古瓦對下游梯級的補償調(diào)節(jié)效益顯著。

（2）從總效益分析梯級上、下游水位銜接關(guān)系

娘擁規(guī)劃壩址位于熱玉上游約1.4km的不忍溝口下游附近，規(guī)劃階段的水庫正常蓄水位3099 m，相應(yīng)庫容為727萬m3，死庫容543萬m3，調(diào)節(jié)庫容184萬m3，攔河壩高度達(dá) 36m。據(jù)分析，娘擁水電站單獨運行時約需日調(diào)節(jié)庫容79萬m3，上游梯級古瓦水電站建成后約需日（反）調(diào)節(jié)庫容50萬m3。顯然，規(guī)劃階段娘擁確定的日調(diào)節(jié)庫容和死庫容均偏大，壩高偏高。在水庫滿足日調(diào)節(jié)要求的前提下，娘擁可將正常蓄水位由3099m降至3087m，壩高降低12m。從總效益分析梯級上、下游水位銜接關(guān)系，娘擁電站正常蓄水位降低后，其水庫回水水位與古瓦電站尾水之間的10m水頭可由古瓦廠址下移后加以利用（如圖 2）。

此外，在考慮梯級合理銜接的同時，其他梯級亦在規(guī)劃梯級范圍內(nèi)，根據(jù)地形、地質(zhì)條件對壩（閘）、廠址進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如鄉(xiāng)城壩（閘）址適當(dāng)上移，廠址適當(dāng)下移。

（3）充分利用河段水頭

規(guī)劃階段從滿足 “鄉(xiāng)城縣城河段不脫減水”的要求出發(fā)，規(guī)劃的鄉(xiāng)城梯級廠址位于縣城上游約2km處，洞松梯級壩址位于縣城下游約3.5km處，鄉(xiāng)城水電站廠址到洞松水電站壩址之間河段長約5.5km，河段平均比降6.2‰，洞松梯級正常蓄水位2 744 m時與上游鄉(xiāng)城水電站尾水間有19m水頭未利用。

為充分利用鄉(xiāng)城-洞松梯級之間丟棄的19m水頭，對洞松梯級的開發(fā)方式進(jìn)行了初步研究。丟棄水頭的利用方式有兩種，一是抬高洞松梯級正常蓄水位與上游鄉(xiāng)城梯級尾水相接，但該方案洞松梯級壩高將超過40m，淹沒耕地和房屋較多，增加了移民安置難度，且工程投資較大，不宜選??；二是將洞松梯級壩址上移約1.2km至紅星橋附近（如圖3），壩址仍位于鄉(xiāng)城縣城下游，滿足鄉(xiāng)城縣城河段不脫減水的景觀要求，正常蓄水位由2744m提高到2754m與鄉(xiāng)城梯級尾水（由2763m調(diào)整為2754m）相接。同時考慮規(guī)劃階段洞松水電站廠址位于洞松橋下游約500m處右岸臺地上，該處廠房后坡基座階地堆積物厚度近100m，調(diào)壓室位置離廠房距離遠(yuǎn)，壓力管道不但很長且出口困難。本階段經(jīng)現(xiàn)場踏勘，考慮將廠址上移約500m到洞松橋頭，該處廠房基礎(chǔ)能置于基巖上，壓力管道長度減短，出口方便。廠址上移后洞松梯級少利用的約3m水頭可由格龍?zhí)菁壚谩?/p>

3.3 梯級規(guī)劃優(yōu)化方案擬定

綜合上述分析，碩曲河干流梯級主要優(yōu)化對象是古瓦“龍頭”水庫電站。優(yōu)化方案主要考慮古瓦廠址下移，多利用娘擁水電站正常蓄水位降低的10m水頭；古瓦壩址下移，充分利用鄧波曲等支流徑流，同時增大支庫，正常蓄水位抬高，調(diào)節(jié)性能改善。方案擬定的實質(zhì)是古瓦水庫的正常蓄水位及相應(yīng)調(diào)節(jié)性能的關(guān)系。

古瓦水庫控制下游鄉(xiāng)城段的娘擁、鄉(xiāng)城、洞松、格龍四個梯級共利用落差約930m。因此，古瓦水庫正常蓄水位的選擇除了考慮本電站水庫淹沒、壩址所在河段的地形地質(zhì)條件、水工布置、壩高和建設(shè)難度、工程投資及電站動能經(jīng)濟指標(biāo)等因素外，更主要的是要分析古瓦水庫對下游梯級的補償調(diào)節(jié)效益和在系統(tǒng)中的作用。

為進(jìn)一步分析古瓦水庫壩高與工程量、投資及發(fā)電效益的關(guān)系，在河流水電規(guī)劃已批復(fù)龍頭水庫為季調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合古瓦龍頭水庫電站不同調(diào)節(jié)性能，擬定3400m（季調(diào)節(jié)）、3405m（年調(diào)節(jié)）、3410m（多年調(diào)節(jié)）三個正常蓄水位方案進(jìn)行動能經(jīng)濟比較。各方案死水位根據(jù)水工、施工總體布置要求，均暫采用3320m；各方案裝機容量及裝機年利用小時數(shù)根據(jù)調(diào)節(jié)性能分析確定，即季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)的裝機利用小時數(shù)分別約為4000h、3500h和3000h，相應(yīng)裝機容量分別為189MW、222MW、264MW。

從優(yōu)化四川電網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)，提高梯級發(fā)電效益以及綜合考慮本電站調(diào)節(jié)性能、水庫淹沒、工程量及工期、動能經(jīng)濟指標(biāo)等因素綜合分析，推薦古瓦水電站的正常蓄水位為3405m。

古瓦水庫電站正常蓄水位3405m方案動能經(jīng)濟指標(biāo)見表1，相應(yīng)下游各電站發(fā)電效益指標(biāo)見表2。

4 優(yōu)化成果

4.1 優(yōu)化方案分析

在古瓦水電站壩、廠址下移后，水庫正常蓄水位為3405m時，電站裝機容量為22.2萬kW，多年平均年發(fā)電量為7.770億kWh。碩曲河干流鄉(xiāng)城段 “一庫五級”總裝機容量為67.2萬kW，聯(lián)合運行多年平均年發(fā)電量28.983億kWh，設(shè)計枯水年枯期平均出力為21.42萬kW，分別較原規(guī)劃方案增加19.5萬kW、5.290億kWh和10.57萬kW，分別增加40.9%、22.3%和97.4%，特別是枯期電量增加73.1%，發(fā)電效益和經(jīng)濟效益較為顯著。因此，碩曲河干流鄉(xiāng)城段梯級規(guī)劃方案優(yōu)化后，古瓦水電站的水庫調(diào)節(jié)性能由季調(diào)節(jié)提升至年調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)庫容由2003萬m3增加為26410萬m3。據(jù)分析，古瓦壩址下移后年調(diào)節(jié)庫容約需2.6億m3，水庫正常蓄水位3405m方案能滿足年調(diào)節(jié)要求；下游娘擁、鄉(xiāng)城、洞松、格龍電站裝機容量較原規(guī)劃方案增加19.2%～42.9%。碩曲河干流鄉(xiāng)城段水電規(guī)劃方案梯級電站主要工程特性指標(biāo)見表3中的 “規(guī)劃優(yōu)化方案”。

碩曲河干流鄉(xiāng)城段梯級規(guī)劃方案優(yōu)化后，由表3可見，古瓦、娘擁、鄉(xiāng)城、洞松、格龍五級電站裝機總?cè)萘坑稍?guī)劃方案的47.7萬kW增加到67.2萬kW，增幅為40.9%；五級電站總利用落差由原規(guī)劃方案的874m增加到930m，增幅為6.41%，除娘擁降低壩高后水頭由古瓦利用，利用落差有所減少外，其他梯級均有所增加；五級電站聯(lián)合運行時的多年平均年發(fā)電量由原規(guī)劃方案23.693億kWh增加到28.983億kWh，增幅為22.3%。

表1 古瓦水電站正常蓄水位3 405 m方案動能經(jīng)濟指標(biāo)

表3 碩曲河干流鄉(xiāng)城段水電規(guī)劃方案梯級電站主要工程特性指標(biāo)表

4.2 優(yōu)化方案獲審批并逐步實施

2007年7月，四川省發(fā)展和改革委員會以川發(fā)改能源函［2007］533號“關(guān)于印發(fā)省工程咨詢研究院《關(guān)于〈古瓦水電站開發(fā)方案研究報告〉咨詢意見的函》的通知”，認(rèn)為古瓦水電站壩址下移修建150m左右高壩增加庫容方案可行，古瓦水電站調(diào)節(jié)能力由季調(diào)節(jié)提高到年調(diào)節(jié)是合適的。隨后，碩曲河干流鄉(xiāng)城段的古瓦、娘擁、鄉(xiāng)城、洞松、格龍等五級電站在2007～2009年間先后完成了預(yù)可行性研究或可行性研究階段設(shè)計，并通過審查，除格龍水電站預(yù)可行性研究階段成果的裝機規(guī)模較優(yōu)化方案減少0.6萬kW外，其他電站可行性研究階段成果的裝機規(guī)模與優(yōu)化方案相同。碩曲河干流鄉(xiāng)城段水電規(guī)劃方案梯級電站主要工程特性指標(biāo)見表3中的“預(yù)可行性或可行性研究成果”。

4.3 結(jié)論

通過對碩曲河干流鄉(xiāng)城段梯級規(guī)劃方案優(yōu)化研究，特別是下移古瓦水庫壩、廠址后，水庫正常蓄水位由3366m抬高至3405m，相應(yīng)調(diào)節(jié)庫容增加了12.18倍，水庫調(diào)節(jié)性能由季調(diào)節(jié)提高到年調(diào)節(jié)，利用落差增加了18.35%。從古瓦“龍頭”水庫電站本身的指標(biāo)看，優(yōu)化后的裝機容量、多年平均年發(fā)電量、設(shè)計枯水年枯期平均出力分別較原規(guī)劃方案增加76.2%、38.5%和133.8%，特別是枯期電量增加118.5%，發(fā)電效益較好；從碩曲河干流鄉(xiāng)城段梯級指標(biāo)分析，優(yōu)化后 “一庫五級”總裝機容量、聯(lián)合運行多年平均年發(fā)電量、設(shè)計枯水年枯期平均出力分別較原規(guī)劃方案增加40.9%、22.3%和97.4%，特別是枯期電量增加73.1%，梯級補償效益顯著提高。同時在滿足電站調(diào)節(jié)庫容要求的前提下，為使梯級合理銜接，根據(jù)地形、地質(zhì)條件對部分梯級的壩 （閘）、廠址及特征水位等進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，即將娘擁電站正常蓄水位由3099m降至3087m；將洞松梯級壩址上移約1.2km至紅星橋附近，正常蓄水位由2744m提高到2754m與鄉(xiāng)城梯級尾水相接，同時將其廠址適當(dāng)上移；格龍正常蓄水位由2528m提高到2532m與洞松梯級尾水相接。

梯級規(guī)劃方案優(yōu)化后表明，碩曲河干流鄉(xiāng)城段的水能資源得到了合理開發(fā)、優(yōu)化配置和高效利用，規(guī)劃梯級開發(fā)方案總體布置格局更趨合理。

[1]古瓦水電站開發(fā)方案研究報告[R].四川省清源工程咨詢有限公司，2007.

[2]四川省甘孜州鄉(xiāng)城縣娘擁水電站可行性研究報告[R].四川省清源工程咨詢有限公司，2007.

[3]四川省甘孜州鄉(xiāng)城縣古瓦水電站預(yù)可行性研究報告[R].四川省清源工程咨詢有限公司，2009.

[4]王文奇.徑流式及短期調(diào)節(jié)水電站水能計算程序[J].水能技術(shù)經(jīng)濟，1987（1）：37-47.

[5]王文奇.應(yīng)用微機對年（季）調(diào)節(jié)水電站進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)及水能計算[J].東北水利水電，1987（12）：27-29.

[6]王順基，羅義文，王文奇.大蓮花水電站應(yīng)盡早立項開工[J].東北水利水電，1992（6）：2-8.