關(guān)于房縣九道梁河老渡口水電站工程開發(fā)方案的研究

(中工武大設(shè)計研究有限公司，武漢 430072)

九道梁河位于湖北省房縣西南部，是漢江水系堵河流域的支流。九道梁河發(fā)源于神農(nóng)架林區(qū)，河流由南向北，流經(jīng)神農(nóng)架、房縣，與洪坪河匯合后匯入官渡河，經(jīng)竹山兩河口與泗河匯合后稱堵河。九道梁河上游老渡口兩河交匯處以上流域面積621.3km2。其中，左支洛陽河為主流，河長35.7km，流域面積339.4km2;右支為陰峪河，河長31.4km，流域面積281.9km2。

由于工程地處鄂西北山區(qū)，壩址上游河段兩岸陡峻，工農(nóng)業(yè)發(fā)展滯后，用水量有限。根據(jù)流域規(guī)劃，老渡口水電站工程的開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧流域內(nèi)社會經(jīng)濟的發(fā)展，防洪，農(nóng)業(yè)、生活和生態(tài)用水需求。

1 工程基本情況

1.1 前期規(guī)劃

按照2010年房縣水利水電勘測設(shè)計院編制完成的《房縣陰峪河流域規(guī)劃修編報告》 (已批復(fù))，老渡口電站 (30MW)在陰峪河和洛陽河分別建庫，正常蓄水位均為590.00m，分別與上游的瓦房坪電站和支流洛陽河雞鳴口電站的尾水銜接，老渡口電站尾水與龍背灣正常蓄水位520.00m銜接。

1.2 流域水能梯級概況

九道梁河上游為神農(nóng)架自然保護區(qū)，山高坡陡人稀，植被條件很好，人類活動影響極小。九道梁河河谷斷面多呈“V”和“U”形，屬山區(qū)型河流。流域內(nèi)山高坡陡、河谷狹窄，兩岸耕地主要集中在流域下游，人口大多積聚在半山腰，九道梁河在房縣九道鄉(xiāng)境內(nèi)的流域面積為251.96km2，房縣境內(nèi)九道梁河河道天然落差235m。右支陰峪河流域共規(guī)劃兩級電站:瓦房坪電站和老渡口電站。瓦房坪電站一期工程已建成，瓦房坪電站二期工程在建，與一期工程共用一個廠房。老渡口電站尚未開發(fā)，規(guī)劃在陰峪河老渡口和洛陽河雞鳴口分別建壩引水發(fā)電。左支洛陽河流域(房縣段)共規(guī)劃兩級電站，一級為雞鳴口水電站，引洛陽河支流阮溪河水發(fā)電，已投產(chǎn);二級為老渡口電站，洛陽河雞鳴口壩址正常蓄水位590m，接雞鳴口電站尾水。

1.3 工程地質(zhì)

工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，庫區(qū)處地質(zhì)情況如下:

a.陰峪河。庫區(qū)地形地貌屬構(gòu)造侵蝕中低山區(qū)，河谷較狹窄，水庫回水區(qū)分布巖性為寒武系中、下統(tǒng)地層。

b.洛陽河。為峽谷型水庫，庫區(qū)河流流向與區(qū)域構(gòu)造線近于垂直。庫內(nèi)出露寒武系下統(tǒng)泥質(zhì)條帶灰?guī)r、白云巖。

庫區(qū)均不具備向鄰谷滲漏的地質(zhì)條件，且由于水庫蓄水不深，對鄰谷滲漏和岸坡穩(wěn)定無重大影響。

1.4 工程概況

老渡口水電站設(shè)計總裝機容量25MW，年發(fā)電量7515萬kW·h，年利用小時數(shù)3006h，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為小 (1)型，主要建筑物等級為4級，次要建筑物等級為5級。攔河壩及泄洪系統(tǒng)的設(shè)計洪水標準取30年一遇，校核洪水標準取200年一遇，消能防沖建筑物的洪水標準取20年一遇。

目前，房縣已建水電站以徑流式居多，缺乏裝機容量大的調(diào)峰電站，用電高峰期電力缺口大。老渡口水電站工程具有一定的調(diào)峰庫容，且單機容量較大，電站投入運行后，將在一定程度上緩解區(qū)域電力緊張局面。

2 開發(fā)方案的確定

為最大限度地發(fā)揮老渡口電站的工程效益，使工程投資省、技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)越、電能質(zhì)量好，開發(fā)方案的確定主要通過梯級開發(fā)方案、洛陽河至陰峪河引水流量、正常蓄水位和裝機容量等內(nèi)容進行比選。

2.1 梯級開發(fā)方案比選

老渡口電站的梯級開發(fā)方式如下:

a.“兩庫”方案。根據(jù)前期規(guī)劃報告，老渡口電站的開發(fā)方式為在陰峪河和洛陽河分別建庫，主要建筑物由雞鳴口引水樞紐、老渡口水庫及老渡口電站組成。

b.“一庫”方案。經(jīng)現(xiàn)場踏勘研究，提出在九道梁河干流上建庫，可以形成一個調(diào)節(jié)性能較好的水庫。該方案雖然移民工程量較大，但水庫集水面積大、調(diào)節(jié)性能好，在發(fā)電效益上具有一定的優(yōu)勢，其主要建筑物包括混凝土面板堆石壩、溢洪道、沖沙放空洞、發(fā)電引水建筑物等。兩種梯級開發(fā)方案的經(jīng)濟計算成果見表1。

表1 梯級開發(fā)方案比選經(jīng)濟計算成果

從表1可知，“一庫”方案相比“兩庫”方案，裝機容量增加了2000kW，保證出力提高至3880kW，年增加發(fā)電量605萬kW·h，增幅為8.05%。雖然取得了一定的經(jīng)濟效益，但投資大幅增加，差額單位電能投資達18.60元，差額內(nèi)部收益率小于0，因此原規(guī)劃提出的“兩庫”開發(fā)方案更為經(jīng)濟合理。因此，該工程的梯級開發(fā)方案選取“兩庫”方案。

2.2 洛陽河至陰峪河引水流量方案比選

根據(jù)選取的梯級開發(fā)方式，在陰峪河老渡口和洛陽河雞鳴口分別建壩，雞鳴口庫容較小，作為引水樞紐，將洛陽河流域的水引入陰峪河，再引入下游電站廠房發(fā)電。洛陽河流域的水量經(jīng)過引水隧洞引至陰峪河老渡口壩址，經(jīng)水庫調(diào)蓄后再引入電站發(fā)電。因此洛陽河至陰峪河隧洞的引水能力與水資源利用率和電站發(fā)電效益密切相關(guān)。引水流量越大、棄水越少，發(fā)電效益越好，但隧洞投資越大，考慮到洛陽河壩址處多年平均流量為8.0m3/s、擬定15m3/s、18m3/s和21m3/s三種引水方案，對隧洞的引流流量進行比選。不同方案引水流量的經(jīng)濟計算成果見表2。

表2 引水流量方案比選經(jīng)濟計算成果

從表2可知，隨著引水流量的增大，年發(fā)電量和水資源利用率都呈上升趨勢。引水流量從15 m3/s增加到18m3/s時，年增加電量為70萬kW·h，差額投資為220萬元，差額單位電能投資為3.14元，差額內(nèi)部收益率為10.32%，大于8%，經(jīng)濟效益較好。引水流量從18 m3/s增加到21m3/s時，年增加電量僅為30萬kW·h，差額投資達256萬元，差額單位電能投資為8.53元，差額內(nèi)部收益率僅為1.54%，小于8%，因此選取洛陽河至陰峪河引水流量為18m3/s。

2.3 正常蓄水位方案比選

從提供調(diào)峰容量、改善系統(tǒng)電能質(zhì)量和穩(wěn)定電網(wǎng)運行的角度看，水庫的調(diào)節(jié)庫容越大越有利，正常蓄水位越高越好，但抬高正常蓄水位會增加淹沒損失、工程量及工程投資。從水能資源利用的角度看，老渡口水庫和雞鳴口引水樞紐應(yīng)與上一梯級——瓦房坪電站和雞鳴口電站尾水相銜接，且不影響其廠房防洪。

2.3.1 老渡口水庫正常蓄水位方案

考慮流域規(guī)劃的相關(guān)內(nèi)容，從水能利用的角度上講，老渡口水庫的正常蓄水位應(yīng)為590.00m，與上游瓦房坪電站和陰峪河電站相接，但實際上已建的瓦房坪電站一期和陰峪河電站的現(xiàn)狀場平高程較低，維持原流域規(guī)劃590.00m的正常蓄水位會淹沒陰峪河電站的生活區(qū)，并且對瓦房坪電站廠房的防洪也造成一定的影響，因此正常蓄水位擬定586m、588m兩個比選方案，并進行經(jīng)濟指標計算，計算成果見表3。

2.3.2 雞鳴口引水樞紐正常蓄水位方案

雞鳴口庫容較小，主要是作為引水樞紐，將洛陽河的水量引至陰峪河老渡口水庫。根據(jù)前期規(guī)劃，雞鳴口引水樞紐正常蓄水位為590.00m，與上一級雞鳴口電站的尾水位590.25m相銜接。因此正常蓄水位擬定590.00m、591.00m兩個比選方案，并進行經(jīng)濟指標計算，計算成果見表3。

表3 老渡口水庫正常蓄水位方案指標比選

由表3可知，從電站自身能量指標衡量看，正常蓄水位選用高水位方案更有利，考慮上述方案對上游電站的正常運行和防洪安全沒有影響，因此分別選擇經(jīng)濟指標較優(yōu)的588.00m、591.00m作為老渡口水庫和雞鳴口引水樞紐的正常蓄水位。

2.4 裝機容量方案比選

老渡口水庫調(diào)節(jié)庫容318萬 m3，庫容系數(shù)1.08%，具有日調(diào)節(jié)性能，其供電范圍為十堰市電網(wǎng)。原流域規(guī)劃推薦老渡口電站裝機30MW，但坪塹調(diào)水工程的實施，使九道梁河流域的水量較天然情況下減少約15%，以致電站裝機無法達到30MW，考慮到老渡口水庫有一定的調(diào)節(jié)庫容，電站裝機利用小時數(shù)可適當降低，因此裝機容量擬定23MW、25MW和27MW三個比選方案。各裝機方案均選擇2臺容量相同的機組，各方案間投資的差異主要是由于水輪機直徑和單機容量的變化，引起引水管線系統(tǒng)和機組投資上略有不同，但差異不大，經(jīng)濟指標計算成果見表4。

表4 各裝機容量方案經(jīng)濟指標對比

由表4可知，裝機容量從23MW增至25MW時，差額內(nèi)部收益率為8.55%，大于8%，各項經(jīng)濟指標較優(yōu);而從25MW增至27MW時，差額內(nèi)部收益率為2.22%，小于8%，在經(jīng)濟上是不合理的。因此裝機容量選定為25MW。

3 工程總布置及主要建筑物

根據(jù)開發(fā)方案比選的結(jié)果，進一步通過壩址、壩型比選，確定老渡口水電站工程主要由雞鳴口引水樞紐、老渡口水庫及老渡口電站組成，工程總布置如下:

a.雞鳴口引水樞紐位于洛陽河雞鳴口電站上游200m處，樞紐工程包含雞鳴口攔河壩、無壓引水隧洞及雞鳴口電站尾水引水渠道。雞鳴口攔河壩采用自密實塊石混凝土單曲拱壩，擋水壩段壩頂高程為597.60m，引水樞紐正常蓄水位591.00m，校核 洪水位597.46m，設(shè)計引用流量18.0m3/s。引水建筑物由右岸進水口、右岸無壓引水隧洞 (全長4782m)及左岸引水明渠等組成。

b.老渡口水庫位于陰峪河與洛陽河匯合口上游440m處，由雙曲拱壩、電站壓力引水系統(tǒng)組成，碾壓混凝土雙曲拱壩，最大壩高69.0m，發(fā)電引水建筑物從老渡口水庫引水至電站廠房，設(shè)計引用流量46.8m3/s，有壓引水隧洞從拱壩上游陰峪河右岸引水，通過鋼管橋跨越九道梁河，從九道梁河左岸至調(diào)壓室，洞線基本沿直線布置，采用一洞兩機供水方式，全長2920m。廠房布置在陰峪河與洛陽河交匯處下游約3.6km處的九道梁河左岸河漫灘處。

4 結(jié)語

a.本文對老渡口水電站工程的基本情況作了簡要介紹，確定了老渡口電站的開發(fā)方案，為進一步研究確定工程總布置，最大程度地節(jié)省工程投資、增加水電站發(fā)電效益奠定基礎(chǔ)。

b.本文在開發(fā)方案的確定上，通過深入研究、經(jīng)濟指標計算，對梯級開發(fā)方案、引水流量、正常蓄水位、裝機容量進行了方案比選，為工程下一階段的設(shè)計工作提供依據(jù)，為業(yè)主和主管單位的決策提供了客觀的判斷依據(jù)。

c.經(jīng)測算，工程靜態(tài)總投資為21869.40萬元，單位千瓦投資為8748元/kW，單位電能投資為2.91元/(kW·h)，在上網(wǎng)電價為0.36元/(kW·h)時，經(jīng)濟評價指標和財務(wù)評價指標優(yōu)良，說明工程對國民經(jīng)濟和投資方都是有利的。