苗家壩水電站開發(fā)對碧口水電廠水能綜合利用的影響

一、白龍江流域概況

白龍江屬長江水系，是嘉陵江上游最大支流，位于東徑102.5°～105.7°，北緯32.5°～34.5°之間。發(fā)源于甘肅、四川兩省交界的岷山西段郎木寺以西的郭爾莽梁北麓。河源海拔高程4072m，由西北流向東南，經(jīng)四川若爾蓋、甘肅迭部、舟曲、武都、文縣后，再入四川，東南流經(jīng)青川、廣元等縣至昭化匯入嘉陵江。白龍江全長576km，流域面積31808km2，天然落差2783m，平均比降4.9‰，蒿子店水文站以上流域面積16093km2，占全流域面積的50.6%。

苗家壩水電站壩址位于白龍江下游，控制流域面積16328km2，占白龍江流域面積的51.3%。壩址上游25km處有蒿子店水文站，蒿子店站～苗家壩壩址（以下稱蒿～苗）區(qū)間面積235km2，占蒿子店站控制面積的1.46%；壩址下距碧口水電站31.5km，苗家壩壩址～碧口水文站區(qū)間有支流白水江、讓水河加入，區(qū)間面積9758km2。

二、工程概況

苗家壩水電站位于白龍江下游，甘肅省文縣境內(nèi)，距下游已建成的碧口水電站公路里程31.5km。電站尾水與碧口水電站水庫回水銜接。該工程的主要任務是發(fā)電。樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、溢洪洞、泄洪排沙洞、引水發(fā)電洞及岸邊廠房等組成。電站正常蓄水位800m，死水位795m，汛期臨時排沙水位795m，總裝機容量240MW（3×80MW），單機最大過水能力為98m3/s，保證出力43MW，設計年發(fā)電量9.24億kW·h，裝機年利用小時3850h，水庫正常蓄水位庫容2.68億m3，屬日調節(jié)水庫。防洪標準：擋水建筑物混凝土面板堆石壩按500年一遇洪水設計，5000年一遇洪水校核，相應入庫洪峰流量分別為2930m3/s和3880m3/s。廠房按100年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核。下游消能防沖建筑物按50年一遇洪水設計，相應洪峰流量1990m3/s。根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》DL5073-2000，本工程地震基本烈度為7.6度，相應50年超越概率10%時的基巖水平向加速度代表值為0.195g，工程設防烈度按8度考慮。

碧口水庫建于甘肅省文縣碧口鎮(zhèn)上游3km的白龍江干流上，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、航運、養(yǎng)殖和灌溉等功能的大型水庫。大壩為壤土心墻碾壓式土石壩，最大竣工壩高715.3m。控制流域面26000km2，壩址處多年平均流量264m3/s，水庫正常蓄水位704m，總庫容5.21億m3，設計調節(jié)庫容2.21億m3，是一座季調節(jié)性能的水庫，電站裝機容量300MW，單機最大過水能力為160m3/s，保證出力78MW，多年平均年電量14.63億kW.h。碧口水電站大壩的防洪標準為：設計標準500年一遇，洪峰流量7630m3/s，校核標準5000年一遇，洪峰流量9950 m3/s，保壩標準10000年一遇，洪峰流量10700m3/s。

三、苗家壩水電站的開發(fā)對碧口水電站運行效益的影響

1、初期蓄水的影響

根據(jù)本工程進度安排，第4年12月底下閘，首臺機組在第5年2月底或3月初發(fā)電。水庫自第5年1月初開始蓄水計算，蓄水至初期發(fā)電水位795m，相應庫容為2.33億萬m3。

根據(jù)苗家壩水電站壩址1958年～2005年48年長系列徑流資料，經(jīng)統(tǒng)計分析，按1月、2月保證率50%或75%入庫流量蓄水（相應的平均入庫流量分別為55.8m3/s和45.3m3/s），從1月初水庫開始蓄水計算，蓄到初期發(fā)電水位795m的時間為49天和60.4天，即到2月中旬或3月初即可蓄到初期發(fā)電水位795m。

苗家壩水電站下游緊接碧口水庫，蓄水期間1月、2月份碧口水庫處于高水位運行，平均水位為698.84m，碧口水庫回水與苗家壩尾水基本銜接。苗家壩水電站1月、2月初期蓄水期間，影響碧口水電站發(fā)電量約為0.44億kW·h，僅占碧口水電站設計多年平均發(fā)電量的3%，對碧口水電站的影響不大。

2、發(fā)電后的影響

1）徑流補償調節(jié)影響

從表1和表2分析來看，由于苗家壩～碧口水電站區(qū)間河段有白龍江最大的支流白水江（流域面積8316km2）和支流讓水河的加入，苗家壩壩址年徑流量僅相當于碧口水電站壩址徑流量的52%左右。從12月～3 月的枯水徑流表也可以看出，苗家壩12月～3月的設計均值為61.5m3/s，而碧口水電站同期的設計平均值為117m3/s，從枯期徑流設計成果可見，碧口水電站的枯期設計成果幾乎是苗家壩水電站的設計年徑流83%。由此可見苗家壩水電站開發(fā)對碧口水電站的補償調節(jié)功能較為明顯。

2）發(fā)電水頭效益分析

水電梯級開發(fā)可提高水資源的利用率，協(xié)調水資源綜合利用之間的矛盾，獲得梯級效益。苗家壩水電站為日調節(jié)水庫，正常蓄水位至死水位的消落深度為5m，根據(jù)水庫調節(jié)徑流，在一定程度上可以增加碧口電站的保證出力和發(fā)電量；上、下游水庫聯(lián)合調度，可協(xié)調發(fā)供電及用水要求之間的矛盾，通過科學合理地安排梯級水庫發(fā)電用水量和機組負荷方式，能增加發(fā)電頭效益；上游苗家壩水庫在蓄水期還可為下游碧口水電站縮短水庫蓄水時間，從而增加蓄水期的水頭效益。但當碧口水庫壩前水位由698m變化為正常蓄水位704m時，苗家壩壩址及其廠房尾水斷面均受碧口水庫回水影響，多年平均流量的回水在苗家壩尾水處水位抬高1.34m。

四、對碧口水庫防洪標準的影響分析

1、防洪標準

碧口水電站的設計洪水標準為500年一遇，校核洪水標準為5000 年一遇，保壩洪水標準為10000年一遇。

苗家壩水電站擋水建筑物混凝土面板堆石壩按500年一遇洪水設計，5000年一遇洪水校核，相應入庫洪峰流量分別為2930m3/s和33880m3/s。廠房按100年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核。下游消能防沖建筑物按50年一遇洪水設計，相應洪峰流量1990m3/s。

2、苗家壩電站削減洪峰流量

苗家壩水電站設計洪水標準500年一遇，相應設計洪峰流量2930m3/s，校核洪水標準5000年一遇，相應洪峰流量3880m3/s，設計洪水位800.6m，相應最大泄量2930m3/s；校核洪水位803.8m，相應最大下泄3376m3/s，削減洪峰流量504m3/s。

3、苗家壩電站對碧口水電站防洪影響

根據(jù)苗家壩水電站對碧口水電站防洪幫忙的初步研究成果：降低碧口水庫5000年一遇洪水和10000年一遇洪水的洪水位；若遇干流型洪水，則降低3.3m～3.9m，若遇區(qū)間型洪水，降低水位0.22m～0.29m。碧口水庫的洪水組成為區(qū)間型和干流型同時兼?zhèn)?，因此對碧口水電站的防洪作用存在，但作用不大。另外白龍江為降雨補給的山區(qū)性河流。洪水由暴雨形成，主要發(fā)生在6～9月，70%集中在7～8月。洪水的形成受流域上、中、下游不同的氣候特點、地形、河網(wǎng)和下墊面條件影響，有著顯著差異。上游因暴雨量小，流域面積大，洪水過程平緩，峰小量??；中下游因暴雨強度大和受地形、河網(wǎng)等因素影響，洪水過程陡漲陡落，峰高量大，尤其下游更為突出。而碧口水電站的洪水具有中、下游洪水的綜合特點：漲落快、量級小于下游，但又大于中游。根據(jù)實測資料分析，碧口洪水由蒿子店以上來水和蒿～碧區(qū)間來水組成。蒿子店的洪峰流量、24小時洪量、72小時洪量占碧口洪水分別為26.3%、37.2%和45.8%，而蒿～碧區(qū)間則為73.7%、62.8%和54.2%，可以看出，碧口洪水主要來自蒿～碧區(qū)間。蒿～劉～碧區(qū)間洪峰流量、24小時洪量占蒿～碧區(qū)間的平均比例為68.7%、54%，劉家河壩占31.3%、46%，蒿～碧區(qū)間的洪水60%以上來自蒿～劉～碧區(qū)間。由此可見游苗家壩水電站對下游碧口水電站的防洪標準存在一定影響，但作用不大。

綜上所述，由于洪水地區(qū)分布的特性，苗家壩水電站對碧口水電站防洪標準有影響，但作用不大。

五、對電力調節(jié)效益的分析

梯級開發(fā)對于提高水力發(fā)電的電源質量也是極其重要的。由于電能無法儲存，因此電力系統(tǒng)的最大矛盾就是發(fā)電能力和用電負荷之間不同步造成的峰谷差。單一水電站的電能質量和作用往往也就會大大下降，而梯級開發(fā)的水電站，可以由通過電網(wǎng)統(tǒng)籌調配，從而可以大大提高電網(wǎng)的電能質量。因此，梯級水電開發(fā)可以提高電網(wǎng)的調節(jié)效益和電能質量。苗家壩～碧口梯級電站的開發(fā)，能極大地提高電網(wǎng)的電能質量和調節(jié)能力。

六、結論

1、苗家壩水電站的開發(fā)能夠提高白龍江水資源的利用率，增加碧口水電站的保證出力，增加發(fā)電量，帶來了一定的補償效益。

2、苗家壩水電站的開發(fā)提升了碧口水電站的防洪能力，確保了碧口大壩安全。