寶珠寺水電站水能資源綜合利用分析

許 小 東， 張 丹 威

(華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元 628003)

隨著我國(guó)工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，能源、生態(tài)環(huán)境、地區(qū)平衡發(fā)展已經(jīng)成為影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題，正確的水電開發(fā)對(duì)解決這些問(wèn)題具有重要的意義。如何降低水電開發(fā)過(guò)程中的某些不利因素，并著重提高水電綜合利用效能就成為我們必須積極面對(duì)和探索的問(wèn)題。

1 工程概況

寶珠寺水電站位于四川省廣元市三堆鎮(zhèn)，是嘉陵江水系支流白龍江規(guī)劃中的第二個(gè)梯級(jí)水電站，距上游碧口電站87 km。混凝土重力壩，最大壩高132 m，壩頂全長(zhǎng)524.48 m，正常蓄水位588 m，死水位558 m，校核水位時(shí)水庫(kù)總庫(kù)容25.5億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容13.4 m3，水電站裝機(jī)容量70萬(wàn)kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量22.78億kWh。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉綜合效益。電站擔(dān)任四川電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)峰和事故備用作用。1984年復(fù)工，1996年第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，1998年竣工。

寶珠寺電站工程為大(1)型一等工程，主要樞紐建筑物為一級(jí)建筑物，大壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按千年一遇洪水設(shè)計(jì)，萬(wàn)年一遇洪水校核，上游碧口水庫(kù)可能最大潰壩洪水作為非常洪水復(fù)合大壩安全。

壩址控制流域面積28 428 km2，設(shè)計(jì)多年來(lái)平均流量336 m3/s，多年平均年徑流量105億m3。千年一遇設(shè)計(jì)洪水流量18 600 m3/s，相應(yīng)庫(kù)水位588.3 m；萬(wàn)年一遇校核洪水流量24 300 m3/s，相應(yīng)庫(kù)水位591.8 m；總庫(kù)容25.5億m3。正常蓄水位588 m，相應(yīng)庫(kù)容21.0億m3；死水位558 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容13.4億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)性能。

2 寶珠寺水庫(kù)水電綜合利用

2.1 水能發(fā)電

寶珠寺水電站在四川電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)著調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的任務(wù)，對(duì)提高電網(wǎng)的供電保證率、緩解電網(wǎng)峰荷電力供應(yīng)緊張起到了十分重要的作用，是該電網(wǎng)的骨干調(diào)峰電源之一。

寶珠寺電廠處于川北電網(wǎng)的末端，而且是該地區(qū)唯一的電源支撐點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定起到了舉足輕重的重要作用，主要表現(xiàn)在調(diào)壓及事故備用。川北電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性及電能質(zhì)量都到了保障，機(jī)組的快速啟停，為保證電網(wǎng)潮流分布、線路不過(guò)載、電網(wǎng)的安全穩(wěn)定作出了貢獻(xiàn)，創(chuàng)造了極大的社會(huì)效益[1]。

同時(shí)寶珠寺電站與本流域上游的碧口水電站和下游的紫蘭壩水電站進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)行，每年增加了梯級(jí)保證出力約2.1萬(wàn)kW，與嘉陵江干流梯級(jí)電站聯(lián)合運(yùn)行增加梯級(jí)保證出力約11萬(wàn)kW。

寶珠寺電站自投產(chǎn)以來(lái)，因受自然環(huán)境和氣候變化的影響，白龍江流域的年徑流量相比偏小很多，1998～2013年的年均徑流約為78.7億m3左右，平均入庫(kù)流量?jī)H為249 m3/s，徑流總量?jī)H維持在設(shè)計(jì)值的74.9%；2013年創(chuàng)造最高來(lái)水量101億m3，其余年份來(lái)水量低至53.11億m3。多年來(lái)，年平均發(fā)電量為14.15億kWh，僅為設(shè)計(jì)年發(fā)電量的62.1%，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。以上數(shù)據(jù)見表1。

表1 寶珠寺水力發(fā)電廠年徑流量、年平均流量和年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)表

天然來(lái)水量的不足，使得寶珠寺水庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行狀況受到了較大的影響，電站在電力系統(tǒng)中的作用沒有得到充分發(fā)揮，各年份完成的發(fā)電量與設(shè)計(jì)年發(fā)電量相差甚遠(yuǎn)。除了天然來(lái)水量，影響發(fā)電效益的因素還很多。如何利用這有限的來(lái)水水能發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)效益就成了寶珠寺電廠自運(yùn)行以來(lái)一直思考和探索的課題。在近年的實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)白龍江流域的降雨和產(chǎn)流特點(diǎn)，結(jié)合四川電力系統(tǒng)的電源、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)運(yùn)行的總原則，制定科學(xué)的優(yōu)化調(diào)度方案，充分降低水庫(kù)棄水的風(fēng)險(xiǎn)和耗水率，做到既能汛期充分利用水能，又能保證在訊末水庫(kù)有較高的蓄水成功率。圖1明顯反映出2005年以后，寶珠寺水電站年發(fā)電量在逐年增加的趨勢(shì)。2012年寶珠寺電廠在充分利用來(lái)水的基礎(chǔ)上，大力開展優(yōu)化調(diào)度和節(jié)能降耗工作，年發(fā)電量首次突破了22億kWh，達(dá)到了年設(shè)計(jì)發(fā)電量。

寶珠寺水力發(fā)電廠通過(guò)不斷采取各項(xiàng)優(yōu)化調(diào)度措施方案，尋求經(jīng)濟(jì)效益最大的電站運(yùn)行方式，確保了最近幾年寶珠寺電廠發(fā)電量逐年提升的佳績(jī)。

2.2 防洪效益

寶珠寺水庫(kù)有一定的調(diào)洪庫(kù)容6.75～7.25億m3，對(duì)不同頻率的洪水有著一定的削峰作用。如果遇到碧口水庫(kù)潰壩的非常洪水，天然洪峰流量達(dá)103 200 m3/s，經(jīng)寶珠寺水庫(kù)調(diào)蓄后下泄流量為17 740 m3/s，可消減84 560 m3/s；遇到萬(wàn)年一遇洪水，天然洪峰流量達(dá)24 300 m3/s，經(jīng)寶珠寺水庫(kù)調(diào)蓄后下泄 約 為 16 060 m3/s，消減了8 240 m3/s；遇到千年一遇洪水，天然洪峰流量為18 600 m3/s，經(jīng)寶珠寺調(diào)蓄后下泄約10 350 m3/s，消減洪峰流量為8 250 m3/s。

圖1 寶珠寺水電站年發(fā)電量柱狀圖

寶珠寺水庫(kù)在實(shí)際運(yùn)行中，為了及時(shí)掌握水庫(kù)流域的雨情水情，增長(zhǎng)洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見期和提高預(yù)報(bào)精度，確保安全度汛，寶珠寺水力發(fā)電廠與南京水利水文自動(dòng)化研究所合作，研制了寶珠寺水力發(fā)電廠水情自動(dòng)化測(cè)報(bào)系統(tǒng)，并于1999年投入運(yùn)行，為汛期的水庫(kù)安全調(diào)度提供了科學(xué)的決策依據(jù)，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行有控制性的調(diào)洪，成功與下游洪水錯(cuò)峰并消減洪峰，大大消減中小洪水的洪峰流量，減輕了下游洪水造成的災(zāi)害損失。

1998年8月19～20日長(zhǎng)江中下游地區(qū)正遭遇第7次洪峰，白龍江發(fā)生相當(dāng)于234年一遇洪水，入庫(kù)流量為16 470 m3/s，在電站尚未完建的條件下，控制下泄流量為6 856 m3/s，攔 蓄 洪 水 3.06億m3，消峰近10 000 m3/s，錯(cuò)峰6 h，從而保證了寶成鐵路，以及白龍江、嘉陵江沿岸人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，有效減輕了長(zhǎng)江第七次洪峰流量和洪水總量，大大減輕了長(zhǎng)江中、下游抗洪壓力，顯現(xiàn)了電站的防洪效益，受到國(guó)家防總、原國(guó)家電力公司的高度贊揚(yáng)[2]。

2.3 下游電站的調(diào)節(jié)效益

白龍江是嘉陵江最大的支流，于廣元市昭化鎮(zhèn)匯入嘉陵江。嘉陵江昭化水位站和下游的亭子口水文站多年水文資料分析顯示，白龍江支流多年平均來(lái)水流量占亭子口多年平均來(lái)水流量的50%～60%[3]，其他支流多年平均來(lái)水量占亭子口多年平均來(lái)水量的20%。這一結(jié)果表明嘉陵江上游的來(lái)水主要源于白龍江支流，特別是枯水期白龍江來(lái)水占嘉陵江上游來(lái)水的比例更大。寶珠寺水庫(kù)建成后，枯水期嘉陵江上、中游來(lái)水量通過(guò)寶珠寺水庫(kù)的水量調(diào)節(jié)，日平均流量在原水文系列枯水季節(jié)的基礎(chǔ)上增大了近90 m3/s的流量，對(duì)嘉陵江流域各梯級(jí)徑流式水電站增加枯水期的發(fā)電量起到了關(guān)鍵作用。

2.4 生態(tài)環(huán)境影響

2.4.1 節(jié)能減排

寶珠寺電站充分發(fā)揮了白龍江流域豐富的水能資源，一方面為地方經(jīng)濟(jì)提供巨大的優(yōu)質(zhì)綠色電能；另一方面減少了當(dāng)?shù)氐拿禾肯暮蜏厥覛怏w的排放，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，取得了積極成效。自寶珠寺水電站1991年實(shí)現(xiàn)大江截流至2013年12月，累計(jì)發(fā)電226.4億kWh，相當(dāng)于節(jié)省原煤808萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放量2 116萬(wàn)噸(計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：1度電供電煤耗為360 g；1噸煤燃燒產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w2.62噸)。同時(shí)，優(yōu)質(zhì)的電能為地方經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供了強(qiáng)大動(dòng)力。

2.4.2 庫(kù)區(qū)小氣候的影響

根據(jù)監(jiān)測(cè)資料分析，寶珠寺水庫(kù)形成以后，由于水體調(diào)溫效應(yīng)，庫(kù)區(qū)呈現(xiàn)出夏季氣溫下降，冬季上升的規(guī)律，氣溫年較差趨于減小。庫(kù)區(qū)降雨量和降雨日數(shù)與天然河道差別不大，而庫(kù)周一定范圍內(nèi)，由于水氣的擴(kuò)散，夏季降雨量及日數(shù)略有增加；相對(duì)濕度都有不同程度的減小，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的機(jī)制是：夏季庫(kù)岸陸面由于溫度降低，空氣飽和水氣壓降低，但是由于蒸發(fā)力降低且較前者幅度為大，導(dǎo)致地面濕度相對(duì)減少；冬季氣溫升高，飽和水氣壓相應(yīng)增大，但由于蒸發(fā)力增大幅度較前者小，同樣阻止了相對(duì)濕度回升。由于冬季氣溫升高，導(dǎo)致初霜推遲，終霜提前，總霜期減少。庫(kù)區(qū)環(huán)境的改變，使得兩岸山體綠色植被較建庫(kù)前繁茂。

2.4.3 水溫與水質(zhì)變化影響

根據(jù)2000對(duì)寶珠寺水庫(kù)水溫和水質(zhì)的監(jiān)測(cè)資料分析，寶珠寺水庫(kù)形成后，庫(kù)內(nèi)水體垂向分層現(xiàn)象十分明顯，壩前變溫層溫度梯度介于0.05～0.09 ℃/m，在春、夏增溫季節(jié)，水庫(kù)下瀉水溫比河流天然水溫低，在降溫季節(jié)，水庫(kù)下瀉水溫天然河流水溫高，與水庫(kù)的氣溫效應(yīng)一致[4]。

水庫(kù)蓄水后，由于上游閉口河段以及庫(kù)區(qū)內(nèi)網(wǎng)箱養(yǎng)魚和搬遷集鎮(zhèn)污水等未經(jīng)處理排入庫(kù)內(nèi)，導(dǎo)致總磷、總氮等營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)有所超標(biāo)，同時(shí)由于庫(kù)水對(duì)土壤和金屬礦床的侵泡，汞、鉛、鉻等元素較多的溶出，使得水體中上述指標(biāo)比建庫(kù)前增加[5]。

2.5 周邊產(chǎn)業(yè)效益

2.5.1 養(yǎng)殖

70多平方公里的白龍江流經(jīng)的是山、丘陵、峽谷，落差大，河庫(kù)面窄，過(guò)去很難尋求一個(gè)養(yǎng)殖的段面，養(yǎng)殖業(yè)幾乎沒有。自從寶珠寺水庫(kù)建成蓄水后，形成幾十公里的大湖面，庫(kù)水深、水質(zhì)好，養(yǎng)殖業(yè)從無(wú)到有，由小到具一定規(guī)模，可謂興旺發(fā)達(dá)。2004年，廣元庫(kù)區(qū)漁業(yè)產(chǎn)值達(dá)6 336萬(wàn)元。養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展和商品價(jià)格的提高，把20年前電站設(shè)計(jì)者對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖效益的估算放大了整整10倍。在三堆鎮(zhèn)，人均漁業(yè)收入已突破1 000元/年。

白龍湖水域境內(nèi)屬亞熱帶溫潤(rùn)季風(fēng)氣候，常年平均氣溫13.7 ℃，平均水溫15.2 ℃，流域范圍無(wú)城市污染，水體年交換系數(shù)3.71，融氧量高，有機(jī)餌料豐富，水質(zhì)常年保證為國(guó)家二類水質(zhì)，自然條件十分適宜銀魚生長(zhǎng)。1996年，南京銀魚移植馴化中心與青川縣移民開發(fā)公司合作開發(fā)移植大銀魚和短吻銀魚，1999年開始，白龍湖銀魚就出口到日本、東南亞及歐美市場(chǎng)。到2010年，每年庫(kù)區(qū)銀魚銷售400多噸，產(chǎn)值2 400多萬(wàn)元。

2.5.2 油橄欖

被稱為四川農(nóng)業(yè)新星的油橄欖種植業(yè)也因水庫(kù)而興。這種挑剔的農(nóng)作物對(duì)氣候、土壤、水分、濕度要求極高。專家認(rèn)為，面積350平方公里的白龍湖風(fēng)景區(qū)，是我國(guó)最適宜種植油橄欖的極少數(shù)地區(qū)之一。目前，廣元已成功種植油橄欖11萬(wàn)畝，以每公斤橄欖油國(guó)際市場(chǎng)售價(jià)150元計(jì)算，到2007年進(jìn)入盛產(chǎn)期，橄欖油產(chǎn)值可達(dá)16億元，種植區(qū)10萬(wàn)農(nóng)民將由此增收。

2.6 航運(yùn)效益

嘉陵江由廣元至重慶通航里程732 km，是川北的主要水運(yùn)航道。白龍江流域夏季水流量大，注入長(zhǎng)江支流的嘉陵江中，航運(yùn)部門和沿江農(nóng)民的短途運(yùn)輸，主要靠夏秋季營(yíng)運(yùn)，稱之為創(chuàng)益的黃金時(shí)段，春冬兩季水量小，斷航十分嚴(yán)重，稱之為休航時(shí)段。該省航運(yùn)部門對(duì)寶珠寺水電站的最小下泄流量提出了要求，經(jīng)設(shè)計(jì)審查確定，寶珠寺水電站的日最小流量限制為85 m3/s。自從有了不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)，在流域水管部門的指揮下有效的放水，改變了航運(yùn)的休航狀況。

2.7 灌溉效益

工程為滿足灌溉引水的要求，在樞紐左岸預(yù)留孔口位置。若飲水灌溉得以實(shí)施，由庫(kù)內(nèi)每年可飲水10億m3，灌溉嘉渠地區(qū)233萬(wàn)畝的土地，加上土、肥、種等有關(guān)措施的改善，每年可增產(chǎn)糧食5～7億斤。

1982年，四川省水利廳來(lái)函(川水發(fā)(1982)規(guī)309號(hào))稱：從總體規(guī)劃上嘉渠地區(qū)需要從寶珠寺工程引水，但根據(jù)水利建設(shè)的布置近期很難安排。因此，僅在左岸25號(hào)擋水壩段內(nèi)預(yù)留灌溉取水口，現(xiàn)用混凝土堵頭進(jìn)行封堵。

3 水電綜合利用的體會(huì)和建議

(1)寶珠寺電站水電的綜合利用的效益是可觀的，我們有必要在實(shí)事求是的基礎(chǔ)上，在加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，積極宣傳大力開發(fā)水電和綜合利用水電資源的重要意義。

(2)自寶珠寺水電站建廠以來(lái)與設(shè)計(jì)發(fā)電量相比，發(fā)電量嚴(yán)重不足，造成實(shí)際發(fā)電量與設(shè)計(jì)發(fā)電量差距較大的原因有很多，其中最主要的原因就是入庫(kù)流量偏少；其次寶珠寺水電站運(yùn)行以來(lái)基本都是按設(shè)計(jì)的水庫(kù)調(diào)度圖運(yùn)行，運(yùn)行中存在如下問(wèn)題：一是某些年份由于訊末水庫(kù)入庫(kù)流量很小，不能蓄至正常蓄水位，二是某些年份由于訊末水庫(kù)入庫(kù)流量較大，而四川電力系統(tǒng)在這一段時(shí)間吸納電量的能力又較弱，造成水庫(kù)被迫大量開閘放水，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重；三是四川電力系統(tǒng)每年6～9月份為豐水期，5月和10月為平水期，11月至次年4月為枯水季節(jié)，而四川電網(wǎng)在枯水期吸納電量的能力較好，但在每年的5月下旬至10月下旬期間大量的徑流式電站競(jìng)相上網(wǎng)，造成電網(wǎng)吸納電量的能力較弱[6]。

在此研究分析的基礎(chǔ)之上，寶珠寺水電站結(jié)合實(shí)際情況，修正原水庫(kù)調(diào)度圖，積極開展水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度工作，同時(shí)改變以往發(fā)電量最大的目標(biāo)，積極尋求發(fā)電量與經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合，即考慮豐平枯及不同時(shí)段的電價(jià)，結(jié)合電網(wǎng)的需求，尋找經(jīng)濟(jì)效益最大的電站運(yùn)行方式。

(3)水庫(kù)形成后，通過(guò)發(fā)展?jié)O業(yè)和旅游業(yè)，確實(shí)給周邊的群眾帶來(lái)了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。但通過(guò)對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)總磷、總氮等營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)有所超標(biāo)。因此，在發(fā)展庫(kù)區(qū)旅游和漁業(yè)的同時(shí)，應(yīng)該注意環(huán)境保護(hù)，加強(qiáng)對(duì)庫(kù)區(qū)及移民集鎮(zhèn)污染源排放和庫(kù)區(qū)漁業(yè)養(yǎng)殖等的管理，合理規(guī)劃旅游設(shè)施及項(xiàng)目，嚴(yán)格控制網(wǎng)箱養(yǎng)魚的范圍和規(guī)模，減少污物的排放，切實(shí)保護(hù)庫(kù)區(qū)和下游水質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李世軍,彭麗,任仲熙.寶珠寺水力發(fā)電廠運(yùn)行分析[J].四川水力發(fā)電,2007,26(3)：24-26.

[2] 安盛勛，孫保平.寶珠寺水電站樞紐布置及重點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題[J].西北水電，2007,1：28-40.

[3] 黃群.寶珠寺電站對(duì)下游電站的調(diào)節(jié)效益補(bǔ)償問(wèn)題的探討[J].四川水力發(fā)電,2002,21(2):13-16.

[4][5] 戴松晨.寶珠寺水庫(kù)蓄水前后水溫、水質(zhì)變化回顧[J].水電站設(shè)計(jì),2011,17(4):58-60.

[6] 張秀菊,鐘平安,顏婷立.寶珠寺電站設(shè)計(jì)效益與運(yùn)行效益差異分析[J].水力發(fā)電,2005,31(12):74-76.