四川省碩曲河干流鄉(xiāng)城段水電規(guī)劃方案優(yōu)化與調(diào)整

黃 宇， 王 文 奇

(1.大唐四川發(fā)電有限公司，四川 成都 610074； 2.四川省清源工程咨詢有限公司，四川 成都 610072)

1 問題的提出

2005年3月，四川省發(fā)展改革委員會(huì)、四川省水利廳以“川發(fā)改能源﹝2005﹞147號(hào)”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(bào)告審查意見的通知》，審查“同意考慮金沙江干流梯級(jí)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(jí)電站……”。鄉(xiāng)城縣境內(nèi)的五個(gè)梯級(jí)電站規(guī)劃總裝機(jī)容量47.7萬kW，保證出力10.15/10.85萬kW(單獨(dú)/聯(lián)合運(yùn)行)，多年平均年發(fā)電量23.26/23.69億kWh(單獨(dú)/聯(lián)合運(yùn)行)。其中古瓦為季調(diào)節(jié)水庫電站，洞松和鄉(xiāng)城梯級(jí)為近期開發(fā)工程。

《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(bào)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(duì)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57 m，可獲3 086萬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(jí)電站預(yù)可行性研究工作之前，需對(duì)“龍頭”水庫古瓦電站及其下游梯級(jí)的開發(fā)方式、特征水位、調(diào)節(jié)性能、裝機(jī)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 規(guī)劃方案優(yōu)化

2.1 規(guī)劃梯級(jí)總體布局

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(jí)電站。從對(duì)河流水能資源的利用程度分析，集雨面積100 km2以上的支流徑流都得到了充分利用，古瓦電站利用引水隧洞將壩址下游支流鄧波曲(集雨面積517 km2)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106km2)徑流直接進(jìn)入鄉(xiāng)城水庫，支流熱勒擁(集雨面積181 km2)徑流匯入洞松水庫，支流休岡登(集雨面積210 km2)和然烏曲(集雨面積253 km2)徑流匯入格龍水庫；從規(guī)劃階段確定的工程規(guī)?？矗魈菁?jí)裝機(jī)容量除格龍為4.2萬kW，其他梯級(jí)在7.8萬kW～14.7萬kW之間，電站規(guī)模較為適中；從各梯級(jí)引水隧洞長度看，除格龍電站為6.9 km外，其他梯級(jí)在17 km～19.4 km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(jí)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)。

2.2 規(guī)劃方案優(yōu)化思路

以碩曲河鄉(xiāng)城段的梯級(jí)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(diǎn)情況，主要從如下3個(gè)方面研究規(guī)劃方案優(yōu)化問題：

(1)提高龍頭水庫的調(diào)節(jié)性能，增加梯級(jí)補(bǔ)償效益

碩曲河干流在鄉(xiāng)城縣河段利用落差約900 m，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(jí)補(bǔ)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) 、永隆(右岸)四條支溝，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1 340 m處下移約3.4 km到擦金許溝下游約880 m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(jí)調(diào)整后的正常蓄水位及水庫回水水位銜接，同時(shí)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(shí)，正常蓄水位為3 405 m，攔河大壩壩高從規(guī)劃階段的57 m增加到150 m，水庫正常蓄水位以下庫容由3 086萬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(jī)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(jí)電站基本同步運(yùn)行，4級(jí)電站的裝機(jī)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(duì)下游梯級(jí)的補(bǔ)償調(diào)節(jié)效益顯著。

(2)從總效益分析梯級(jí)上、下游水位銜接關(guān)系

娘擁規(guī)劃壩址位于熱玉上游約1.4 km的不忍溝口下游附近，規(guī)劃階段的水庫正常蓄水位3 099 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)36 m。據(jù)分析，娘擁水電站單獨(dú)運(yùn)行時(shí)約需日調(diào)節(jié)庫容79萬m3，上游梯級(jí)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3 099 m降至3 087 m，壩高降低12 m。從總效益分析梯級(jí)上、下游水位銜接關(guān)系，娘擁電站正常蓄水位降低后，娘擁電站壩與古瓦電站廠之間的水頭12 m可將古瓦廠址適當(dāng)下移加以利用。

此外，在考慮梯級(jí)合理銜接的同時(shí)，其他梯級(jí)亦在規(guī)劃梯級(jí)范圍內(nèi)，根據(jù)地形、地質(zhì)條件對(duì)壩(閘)址、廠址位置進(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) 盡量利用河段水頭

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(jí)廠址位于縣城上游約2 km處，洞松梯級(jí)壩址位于縣城下游約3.5 km處，鄉(xiāng)城水電站廠址到洞松水電站壩址之間河段長約5.5 km，河段平均比降6.2‰，洞松梯級(jí)正常蓄水位 2 744 m時(shí)與上游鄉(xiāng)城水電站尾水間有 19 m水頭未利用。

為充分利用鄉(xiāng)城―洞松梯級(jí)之間丟棄的19 m水頭，對(duì)洞松梯級(jí)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，一是抬高水位與上游鄉(xiāng)城梯級(jí)尾水相接，但該方案壩高將超過40 m，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??；二是將壩址上移約1.2 km的紅星橋附近，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2 744 m提高到2 754 m與鄉(xiāng)城梯級(jí)尾水(由2 763 m調(diào)整為2 754 m)相接。同時(shí)考慮規(guī)劃階段洞松水電站廠址位于洞松橋下游約500 m處右岸臺(tái)地上，該處廠房后坡基座階地堆積物厚度近100 m，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500 m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(jí)少利用的約3 m水頭可由格龍?zhí)菁?jí)利用。

2.3 梯級(jí)規(guī)劃優(yōu)化方案擬定

綜合上述分析，碩曲河干流梯級(jí)主要優(yōu)化對(duì)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，利用娘擁電站正常蓄水位降低的10 m水頭；古瓦壩址下移，充分利用鄧波曲等支流徑流，同時(shí)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(shí)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(gè)梯級(jí)共利用落差約930 m。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(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素外，更主要的是要分析古瓦水庫對(duì)下游梯級(jí)的補(bǔ)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3 400 m(季調(diào)節(jié))、3 405 m(年調(diào)節(jié))、3 410 m(多年調(diào)節(jié))三個(gè)正常蓄水位方案進(jìn)行動(dòng)能經(jīng)濟(jì)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3 320 m；各方案裝機(jī)容量及裝機(jī)年利用小時(shí)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(jī)利用小時(shí)數(shù)分別約為4 000 h、3 500 h和3 000 h，相應(yīng)裝機(jī)容量分別為189 MW、222 MW、264 MW。

從優(yōu)化四川電網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)，提高梯級(jí)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(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素綜合分析，推薦古瓦水電站的正常蓄水位為3 405 m。

古瓦水庫電站正常蓄水位3 405 m方案動(dòng)能經(jīng)濟(jì)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。

表1 古瓦水庫電站正常蓄水位3 405 m方案動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

注:(1)為古瓦本身指標(biāo);(2)為計(jì)入下游4梯級(jí)效益的指標(biāo)；可比年電量：豐水期按0.7計(jì)，平水期1.0計(jì)，枯期1.5計(jì)。

表2 古瓦正常蓄水位3 405 m方案相應(yīng)下游梯級(jí)電站發(fā)電效益指標(biāo)表

2.4 優(yōu)化成果

2.4.1 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3 405 m時(shí)，電站裝機(jī)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(jí)”總裝機(jī)容量為67.2萬kW，聯(lián)合運(yùn)行多年平均年發(fā)電量28.983億kWh，設(shè)計(jì)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(jì)效益較為顯著。因此，碩曲河干流鄉(xiāng)城段梯級(jí)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2 003萬m3增加為26 410萬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3 405 m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(jī)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(jí)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(jí)規(guī)劃方案優(yōu)化后，見表3可見，古瓦、娘擁、鄉(xiāng)城、洞松、格龍五級(jí)電站裝機(jī)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(jí)電站總利用落差由原規(guī)劃方案的874 m增加到930 m，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(jí)均有所增加；五級(jí)電站聯(lián)合運(yùn)行時(shí)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3 碩曲河干流鄉(xiāng)城段水電規(guī)劃方案梯級(jí)電站主要工程特性指標(biāo)表

注:“設(shè)計(jì)成果”中的古瓦及格龍水電站的指標(biāo)為預(yù)可行性研究階段成果，娘擁、鄉(xiāng)城、洞松水電站的指標(biāo)為可行性研究階段成果。

2.4.2 優(yōu)化方案審批與實(shí)施

2007年7月，四川省發(fā)展和改革委員會(huì)以“川發(fā)改能源函﹝2007﹞533號(hào)”印發(fā)了“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(bào)告>咨詢意見的函》的通知”，認(rèn)為古瓦水電站壩址下移修建150 m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。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)單位在2007～2009年間先后編制完成了碩曲河干流鄉(xiāng)城段的古瓦、格龍水電站預(yù)可行性研究設(shè)計(jì)和娘擁、鄉(xiāng)城、洞松水電站可行性研究階段設(shè)計(jì)，并通過審查，除格龍水電站預(yù)可成果的裝機(jī)規(guī)模較優(yōu)化方案減少0.6萬kW外，娘擁、鄉(xiāng)城、洞松水電站可行性研究階段成果的裝機(jī)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(jí)電站主要工程特性指標(biāo)見表3中的“設(shè)計(jì)成果”。

3 “龍頭水庫”正常蓄水位方案調(diào)整

在可行性研究階段，四川海子山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局提出了“四川海子山自然保護(hù)區(qū)關(guān)于古瓦電站淹沒至保護(hù)區(qū)的情況說明”的函告，即當(dāng)古瓦水電站正常蓄水位為 3 405 m時(shí)，水庫淹沒影響理塘縣境內(nèi)的四川海子山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的試驗(yàn)區(qū)河道長度約7 km，其中緩沖區(qū)長約4 km，核心區(qū)長約3 km。因此，需對(duì)古瓦水電站正常蓄水位方案進(jìn)行復(fù)核、調(diào)整。

3.1 正常蓄水位方案調(diào)整與審批

2010年12月，《碩曲河古瓦水電站建設(shè)和運(yùn)營對(duì)四川海子山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)動(dòng)植物資源、自然生態(tài)系統(tǒng)和主要保護(hù)對(duì)象的影響評(píng)價(jià)專題報(bào)告》經(jīng)四川省林業(yè)廳組織有關(guān)專家審查通過，該報(bào)告評(píng)價(jià)結(jié)論，“古瓦水電站正常蓄水水位不超過3 398 m蓄水上限時(shí)，古瓦水電站建設(shè)、運(yùn)營對(duì)海子山自然保護(hù)區(qū)而言整體可行”。隨后國家林業(yè)局以“林護(hù)許準(zhǔn)[2011]542號(hào)”同意古瓦水電站水庫回水淹沒區(qū)進(jìn)入四川海子山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)試驗(yàn)區(qū)中的緩沖區(qū)。因此，可研階段以不影響四川海子山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為限制條件，古瓦水電站擬定3 396 m、3 398 m、3 400 m共3個(gè)正常蓄水位方案進(jìn)行綜合比較，最終推薦正常蓄水位方案為3 398 m，裝機(jī)容量為20.80萬kW(主體電站20.10萬kW、生態(tài)機(jī)組0.44+0.26萬kW)。

2011年5月和2015年8月，四川省工程咨詢研究院分別印發(fā)了《關(guān)于<四川省碩曲河古瓦水電站可行性研究階段正常蓄水位選擇專題(修編)技術(shù)評(píng)審意見>的函》(川工咨[2011]190號(hào))和《關(guān)于<四川省甘孜州碩曲河古瓦水電站可行性研究報(bào)告>評(píng)審意見的函》(川工咨成果[2015]279號(hào))；2015年8月，四川省發(fā)展和改革委員會(huì)以“川發(fā)改能源函[2015]641號(hào)”印發(fā)了《關(guān)于孜州碩曲河古瓦水電站項(xiàng)目核準(zhǔn)的批復(fù)》。

3.2 正常蓄水位方案調(diào)整分析

古瓦水庫正常蓄水位由預(yù)可行性研究階段的3 405 m調(diào)整為3 398 m，水庫水位降低7 m；調(diào)節(jié)庫容由26 410萬m3降至22 276萬m3，減少4 134萬m3，減少約15.7%，但仍具有年調(diào)節(jié)性能；電站裝機(jī)容量由22.2萬kW調(diào)整為20.80萬kW，減少1.4萬kW，減少約6.3%；多年平均年發(fā)電量由7.770億kWh調(diào)整為8.125億kWh，增加0.355億kWh，增加4.57%，裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)有所提高；古瓦水庫正常蓄水位調(diào)整后，對(duì)下游娘擁、鄉(xiāng)城、洞松、格龍四級(jí)電站的補(bǔ)償效益略有減少，設(shè)計(jì)枯水年枯期平均出力減少1.43萬kW、多年平均年發(fā)電量減少0.21億kWh，分別較優(yōu)化方案減少約16.67%和7.86%，但發(fā)電效益和經(jīng)濟(jì)效益仍較優(yōu)化前顯著。

4 結(jié) 語

通過對(duì)碩曲河干流鄉(xiāng)城段梯級(jí)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 3 366 m抬高至3 405 m，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(jī)容量、多年平均年發(fā)電量、設(shè)計(jì)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(jí)指標(biāo)分析，優(yōu)化后“一庫五級(jí) ”總裝機(jī)容量、聯(lián)合運(yùn)行多年平均年發(fā)電量、設(shè)計(jì)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(jí)補(bǔ)償效益顯著提高，同時(shí)在滿足電站調(diào)節(jié)庫容要求的前提下，為使梯級(jí)合理銜接，根據(jù)地形、地質(zhì)條件對(duì)部分梯級(jí)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3 099 m降至3 087 m；將洞松梯級(jí)壩址上移約 1.2 km至紅星橋附近，正常蓄水位由 2 744 m提高到2 754 m與鄉(xiāng)城梯級(jí)尾水相接，同時(shí)將其廠址適當(dāng)上移；格龍正常蓄水位由2 528 m提高到2 532 m與洞松梯級(jí)尾水相接。

梯級(jí)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、高效利用，規(guī)劃梯級(jí)開發(fā)方案總體布置格局更趨合理。