吉勒布拉克水電站死水位選擇分析

劉 江

（新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

死水位是指在常運(yùn)用情況下，允許水庫(kù)消落的最低水位。水庫(kù)建成后，并不是全部容積都可用來(lái)進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)的[1]。首先，死水位是為了滿(mǎn)足泥沙沉積的需要；自流灌溉，發(fā)電、航運(yùn)、漁業(yè)以至旅游等各用水部門(mén)，也要求水庫(kù)水位不能低于某一水位，這一水位稱(chēng)為死水位。水庫(kù)正常運(yùn)用時(shí)，一般不能低于死水位。除非特殊干旱年份或其他特殊情況，如戰(zhàn)備要求、地震等，為保證緊要用水、安全等要求，經(jīng)慎重研究，才允許臨時(shí)動(dòng)用死庫(kù)容部分存水。水庫(kù)電站的死水位對(duì)于工程的運(yùn)行起到?jīng)Q定性作用，但前期項(xiàng)目規(guī)劃階段只需要分析水庫(kù)消落深度與電能關(guān)系，初擬死水位，工程設(shè)計(jì)階段再進(jìn)行比選確定死水位。

1 吉勒布拉克水電站概況

吉勒布拉克水電站位于阿勒泰地區(qū)哈巴河縣，距哈巴河縣35 km，距水電站右岸以西下游約6.5 km處有阿舍勒銅礦至哈巴河公路通過(guò)，已新建進(jìn)場(chǎng)公路銜接至水電站工程區(qū)，對(duì)外公路交通方便。吉勒布拉克水電站主要任務(wù)是發(fā)電，正常蓄水位752 m，總庫(kù)容2.32億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1.51億m3，裝機(jī)140 MW，電站保證出力19.22 MW，年平均發(fā)電量4.95億kW·h，屬大（2）型Ⅱ等工程。工程由攔河大壩、泄洪、引水建筑物及地面廠(chǎng)房等主要建筑物組成；大壩為砼面板堆石壩，攔河壩為1級(jí)建筑物，溢洪洞、深孔泄洪洞為2級(jí)建筑物，發(fā)電洞及電站廠(chǎng)房為3級(jí)建筑物。

攔河大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，洪峰流量為1184.89 m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)土石壩2000年一遇，洪峰流量為1772.88 m3/s。廠(chǎng)房設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，洪峰流量為1047.70m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，洪峰流量為1321.54m3/s。水電站工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.4 s，設(shè)防水準(zhǔn)按50年超越概率水平10%的地震基本烈度為Ⅵ度[2]。

2 規(guī)劃階段死水位選取

北方河流綜合利用任務(wù)較重，需要建設(shè)較多的水庫(kù)調(diào)蓄徑流，可結(jié)合水庫(kù)建設(shè)水電站，水庫(kù)電站規(guī)劃階段可利用水庫(kù)消落深度與電能關(guān)系分析水庫(kù)大致的死水位。

哈巴河灌區(qū)位于水庫(kù)下游，不需要壅高水頭來(lái)滿(mǎn)足灌溉引水，工程為單一任務(wù)發(fā)電。哈巴河泥沙含量較小，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為19.2萬(wàn)t，多年平均推移質(zhì)輸沙量8.85萬(wàn)，總輸沙量28.05萬(wàn)t，泥沙因素不是確定死水位的主要因素，水庫(kù)水電站開(kāi)發(fā)方式比選時(shí)，分析前期可不進(jìn)行泥沙淤積計(jì)算。水電站的庫(kù)容較大，死水位對(duì)調(diào)節(jié)庫(kù)容有一定的影響，隨著死水位的抬高勢(shì)必造成調(diào)節(jié)庫(kù)容的減小。在已定的正常蓄水位752 m下，隨著水庫(kù)消落深度的加大，興利庫(kù)容及調(diào)節(jié)流量均隨著增加。死水位的降低，消落深度加大，水電站供水期的平均水頭卻隨著減小，因此其中存在一個(gè)比較有利的消落深度，使水電站供水期的電能最大。為便于分析，把水電站供水期的電能劃分為兩部分，一部分為蓄水庫(kù)容電能，另一部分過(guò)庫(kù)水流產(chǎn)生的不蓄電能，追求供水期電能最經(jīng)濟(jì)的消落深度，即為E供的切線(xiàn)位置。水庫(kù)電站消落深度與電能關(guān)系曲線(xiàn)，見(jiàn)圖1。

圖1 吉勒布拉克水電站消落深度與電能關(guān)系曲線(xiàn)

由圖1可以看出，枯水年最經(jīng)濟(jì)的消落深度為44 m～52 m，本階段消落深度按45 m考慮的，正常水位752減消落深度45 m，即規(guī)劃階段可初選死水位707 m。

3 設(shè)計(jì)階段死水位方案分析論證

吉勒布拉克水電站具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程的任務(wù)和水工建筑物布置，參考泥沙淤積計(jì)算，對(duì)水庫(kù)死水位進(jìn)一步論證。死水位選擇，主要按照死水位對(duì)發(fā)電的影響，通過(guò)論證不同死水位方案，綜合分析確定合理的水庫(kù)死水位。

3.1 下游灌區(qū)灌溉用水

目前，哈巴河灌區(qū)用水主要來(lái)源于水電站下游河道上獨(dú)立引水的引水干渠，均位于電站下游較遠(yuǎn)處。因此，灌區(qū)灌溉引水高程不影響水庫(kù)電站死水位高程的確定。

3.2 工程布置

電站發(fā)電引水洞進(jìn)口高程要求略高于深孔泄洪洞高程，深孔泄洪洞進(jìn)口底板高程為690 m，電站發(fā)電引水洞洞徑為7.4 m，發(fā)電引水洞進(jìn)口最小淹沒(méi)深度的要求為洞徑的1.5倍，發(fā)電引水洞設(shè)計(jì)要求的正常工作的水庫(kù)死水位應(yīng)在701.5 m以上，應(yīng)考慮淹沒(méi)深度留有一定的富余度。

3.3 泥沙淤積

哈巴河河流泥沙主要來(lái)自汛期的5月～7月，汛期來(lái)沙量占年來(lái)沙量的97.85%，設(shè)計(jì)階段修正了輸沙量數(shù)據(jù)為：多年平均懸移質(zhì)輸沙量為18.49萬(wàn)t，推移質(zhì)輸沙量為8.90萬(wàn)t，總輸沙量為27.393萬(wàn)t。參照干容重為1.35 t/m3，不考慮水庫(kù)排沙，水庫(kù)運(yùn)行50年，淤積庫(kù)容約1848.2萬(wàn)m3，相應(yīng)水位677.8 m。因此，泥沙淤積要求對(duì)死水位應(yīng)不低于677.8 m。

3.4 水庫(kù)消落深度和動(dòng)能指標(biāo)的關(guān)系

為了求得合適的消落深度，可分析消落深度與保證出力、消落深度與徑流蘊(yùn)藏的電量管線(xiàn)，分析合適的消落深度范圍。吉勒布拉克水電站消落深度和保證出力、徑流蘊(yùn)藏電量關(guān)系曲線(xiàn)，見(jiàn)圖2。由圖可以看出隨著消落深度的增加，電站徑流蘊(yùn)藏量逐漸減少，同時(shí)保證出力增幅較大；當(dāng)消落深度為62 m時(shí)，電站保證出力達(dá)到最大值，因此消落深度不會(huì)大于62 m。一般死水位選擇應(yīng)在此兩者最大值之間。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)已建成以發(fā)電為主的大、中型水電站的統(tǒng)計(jì)，其最有利消落深度一般為最大水頭的20%～40%，消落深度范圍為25 m～62 m，電站死水位范圍為690 m～727 m。

圖2 吉勒布拉克水電站消落深度和保證出力、徑流蘊(yùn)藏電量關(guān)系曲線(xiàn)

3.5 死水位選擇分析

綜合上述要求，根據(jù)工程布置水庫(kù)死水位方案最小應(yīng)為701.5 m；不考慮水庫(kù)排沙，水庫(kù)運(yùn)行50年，淤積庫(kù)容約1848.2萬(wàn)m3，相應(yīng)水位677.8 m，因此泥沙淤積要求對(duì)死水位應(yīng)不低于677.8 m；考慮水庫(kù)消落深度和動(dòng)能指標(biāo)關(guān)系，電站死水位范圍為690 m～727 m。綜合以上因素，本次死水位論證方案仍按6 m變差考慮，水庫(kù)電站的死水位擬定為705 m、711 m、717 m、723 m、729 m五個(gè)方案進(jìn)行復(fù)核比選。

經(jīng)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，水庫(kù)電站不同死水位方案的能量指標(biāo)見(jiàn)表1。從表1中可以看出，隨著死水位的降低，電站保證出力增加，這主要是水庫(kù)調(diào)節(jié)性能逐漸增大、調(diào)節(jié)流量亦逐漸增加所致；電站設(shè)備發(fā)電量逐步開(kāi)始減少，主要是因?yàn)殡娬径嗄赀\(yùn)行平均水頭的減少所致。

表1 吉勒布拉克水電站死水位方案技術(shù)比較表

從設(shè)計(jì)水平年2020年的動(dòng)能指標(biāo)的變化趨勢(shì)看，隨著消落深度的減少，電站的保證出力呈減少的趨勢(shì)，電站發(fā)電量小幅增加，表明吉勒布拉克水庫(kù)死水位在711 m～717 m比較合適。

從工程布置要求看，發(fā)電引水洞進(jìn)口高程要求略高于深孔泄洪洞高程，按發(fā)電引水洞進(jìn)口最小淹沒(méi)深度的要求為洞徑的1.5倍～2.0倍以上，滿(mǎn)足發(fā)電引水洞正常工作的水庫(kù)最低死水位應(yīng)在701.5 m以上，水庫(kù)死水位在707 m以上比較好布置。

從泥沙淤積要求來(lái)看，水庫(kù)攔沙運(yùn)行50年，淤積庫(kù)容約1848.2萬(wàn)m3，死水位711 m相應(yīng)庫(kù)容7290萬(wàn)m3，此庫(kù)容對(duì)水庫(kù)泥沙淤積所需容量是有非常充裕的。

綜上所述，本階段復(fù)核后，確定吉勒布拉克水庫(kù)死水位為711 m。

4 結(jié)語(yǔ)

死水位是水庫(kù)電站重要的運(yùn)行參數(shù)，但不同的階段應(yīng)采用不同的方法、深度進(jìn)行比選分析確定，規(guī)劃階段可根據(jù)水庫(kù)消落深度與電能關(guān)系綜合確定死水位為707 m。工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)根據(jù)綜合利用要求、動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、泥沙淤積和水工布置等因素綜合比選確定死水位為711 m。