“以庫代池”方案對柳洪水電站運(yùn)行的影響

1、<p>　　“以庫代池”方案對柳洪水電站運(yùn)行的影響</p><p><b>　　黃波，段志勇</b></p><p>　　(四川美姑河水電開發(fā)有限公司，四川成都610072)</p><p>　　摘要:美姑河是金沙江左岸的一級支流，為具有多暴雨、洪水和泥沙的中小型河流。美姑河柳洪水電站沒有采用傳統(tǒng)的沉 沙池沉沙，而是利用水庫沉沙，業(yè)內(nèi)

2、稱為“以庫代池”方案。簡要介紹了美姑河流域的水文特性、柳洪水電站“以庫代池”方 案及其運(yùn)行情況。</p><p>　　關(guān)鍵詞:柳洪水電站;以庫代池;水庫沉沙;全停機(jī):避峰;運(yùn)行</p><p>　　中圖分類號:TV213;TV72;YV737文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1001-2184(2011 )06>0101七2</p><p><b>　　1

3、工程概述</b></p><p>　　柳洪水電站位于四川省涼山彝族自治州美姑 縣柳洪鄉(xiāng)，是美姑河干流梯級規(guī)劃一庫五級開發(fā) 方案中的第四級。柳洪水電站采用低閘引水式開 發(fā)，總庫容65萬m3,設(shè)計(jì)水頭358 m，設(shè)計(jì)發(fā)電引 用流量57 m3/s,裝機(jī)容量180 MW,保證出力34.7 MW，多年平均發(fā)電量8.45億kW ? h。</p><p>　　2美姑河流域水文概況</p

4、><p>　　美姑河為金沙江左岸的一級支流，地處大涼 山腹地，發(fā)源于大涼山南麓（美姑縣），于雷波縣 上田壩鄉(xiāng)注入金沙江。美姑河干流全長170 km, 落差2 983 m,集水面積3 183 km2。柳洪水電站 閘址位于美姑河下游拉馬鄉(xiāng)瓦里村，集水面積2 215 km2。美姑河屬于典型的山區(qū)河流，河床強(qiáng)烈 下切，自河源至河口由海拔3 855 m降為409 m。</p><p>　　美姑河流域?qū)俅?/p>

5、西高原氣候區(qū)，具有明顯的 雨旱季節(jié)，毎年的5 ~ 10月為雨季，12月至~翌 年4月為旱季。根據(jù)美姑河拉馬水文站（位于柳 洪水電站閘址上游約3 km處）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):多年 平均流量42.8 m3/s,徑流的年內(nèi)分配與降雨年內(nèi) 分配基本相應(yīng)，豐水期（6 ~ 10月）多年平均流量 為78.9 m3/s，占年徑流的77. 1%，枯水期（11月 ?翌年5月）多年平均流量為16.9 mVs，占年徑 流的22.9%。</p><p

6、>　　美姑河流域洪水由降雨形成。流域內(nèi)群山環(huán) 繞，相対高差大,地形地貌復(fù)雜，致使暴雨特征獨(dú) 特:籠罩范圍小、歷時短（主雨時段集中在2 ~6 h 以內(nèi)）、強(qiáng)度大、多在夜間（主要在21: 00至次日</p><p>　　收稿日期:2011>06>08</p><p>　　02:00之間）。由于流域內(nèi)山高坡陡、植被破壞， 降水后產(chǎn)匯流作用快，加之其暴雨特性,美姑河流 域洪水顯現(xiàn)

7、出產(chǎn)流快、陡漲陡落的特征。往往一 次暴雨過程在2 ~3 h內(nèi)完成，暴雨結(jié)束2 ~4 h 后,柳洪水電站入庫流量便在半個小時內(nèi)從幾十 m3/s漲至幾百m3/s。</p><p>　　美姑河流域內(nèi)由于砍伐嚴(yán)重、陡坡開荒，使林 木植被覆蓋較差，土壤裸露,加之山高坡陡且多暴 雨洪水,致使水土流失十分嚴(yán)重。每至雨季，地表 徑流對大面積表土的沖蝕、河谷兩岸的塌方及泥 石流便成為河流泥沙的主要來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，柳洪 水電站閘址以上

8、流域多年平均輸沙模數(shù)達(dá)1 150 t/km2,閘址處懸移質(zhì)多年平均年輸沙量為255萬 t,多年平均含沙量為1.9 kg/m3,多年汛期平均含 沙量為2. 56 kg/m3;輸沙量與水流量對應(yīng)、沙峰 與洪峰對應(yīng),絕大部分集中在汛期（5 ~9月），多 年汛期平均輸沙量占全年輸沙量的97. 7%。</p><p>　　3以庫代池方案的具體特點(diǎn)</p><p>　　受地形限制，柳洪水電站在初步設(shè)計(jì)

9、階段設(shè) 計(jì)采用地下式沉沙池進(jìn)行沉沙，為保證可靠性，將 其設(shè)置為雙沉沙池;與沉沙池方案對應(yīng)的水庫運(yùn) 行方案為:多沙期（汛期,5 ~9月），水庫水位在排 沙水位高程1 293 m運(yùn)行，以保證水庫不被泥沙 淤積;少沙期（1〇月~翌年4月），水庫在死水位 至正常蓄水位高程1 305 m之間進(jìn)行日調(diào)節(jié)運(yùn) 行。</p><p>　　由于地下沉沙池工程量大、投資大,設(shè)計(jì)結(jié)合 柳洪水電站直河道型水庫的地形特征，參考國內(nèi) 已有水電

10、站用水庫進(jìn)行沉沙的成功經(jīng)驗(yàn),遂在柳洪水電站施工階段取消了地下沉沙池，改由水庫 沉沙，目卩“以庫代池”方案。與以庫代池方案對應(yīng) 的水庫運(yùn)行方案（經(jīng)模型試驗(yàn)確定）為：</p><p>　　在少沙期（1〇月~翌年4月），抬高庫水 位（蓄沙）運(yùn)行，水庫在死水位高程1 296 ~正常 蓄水位高程1 305 m之間進(jìn)行日調(diào)節(jié)運(yùn)行。</p><p>　　在多沙期（汛期，5?9月），當(dāng)人庫流量 小于250

11、 m3/s且人庫含沙量小于7 kg/m3時，水 庫水位維持在汛期沉沙水位高程1 299 m運(yùn)行, 使人庫懸移質(zhì)粗沙及推移質(zhì)泥沙在取水口以上庫 區(qū)淤落;當(dāng)人庫流量大于250 m3/s時，或者人庫 含沙量大于7 kg/m3時，或者閘前泥沙淤積高程 與取水口攔沙坎高程差小于0. 5 m吋，電站進(jìn)行 全停機(jī)敞泄（避峰、沖沙）運(yùn)行，同時可以沖走水 庫內(nèi)淤積的泥沙。</p><p>　　根據(jù)柳洪水電站的豐、中、枯水年入庫水沙

12、資 料統(tǒng)計(jì)計(jì)算，電站年均避峰約8 d;此外，汛初及汛 末尚需分別敞泄沖沙1次（毎次沖沙時間約6 h 左右），即:柳洪水電站以庫代池方案的年平均停 機(jī)沖沙時間約為停3臺機(jī)204 h，損失汛期電量約 3 700萬 kW . h。</p><p>　　為滿足水庫實(shí)時調(diào)度要求,在原水情測報(bào)系 統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了泥沙測報(bào)系統(tǒng)：自動實(shí)時測報(bào) 入庫含沙量（拉馬水文姑）、過機(jī)含沙量（尾水 渠）、人工測報(bào)入庫含沙量（拉馬水文姑）、出

13、庫含 沙量（閘前1#監(jiān)測斷面）及過機(jī)含沙量（取水</p><p><b>　　口）。</b></p><p>　　4以庫代池對電站運(yùn)行的影響</p><p>　　在嚴(yán)格執(zhí)行水庫運(yùn)行方案的情況下，以庫代 池方案的沉沙效果是能夠滿足設(shè)計(jì)要求的。但 是，根據(jù)筆者在實(shí)際的水庫調(diào)度和電站運(yùn)行工作 經(jīng)驗(yàn)看，柳洪水電站以庫代池方案在水庫調(diào)度和 電站發(fā)電運(yùn)行方

14、面存在一些問題或不足：</p><p>　　全停機(jī)次數(shù)過多，運(yùn)行操作量大。由于 每年需要進(jìn)行1〇次左右（主要集中在6 ~8月） 的全停機(jī)敞泄，這使得汛期電站的運(yùn)行操作量大 增，毎次全停機(jī)敞泄的操作過程需要1 ~2 h，全停 機(jī)敞泄后的蓄水發(fā)電操作過程也需要1?2 h。大 量的操作工作，加之這些操作由于美姑河洪水來 勢非常陡急的緣故也往往非常緊急,從而給電站 的安全生產(chǎn)帶來一定影響，操作越多,出錯的可能 性也就越太

15、。一般來講，水電站都在汛期前完成 設(shè)備檢修維護(hù)工作,汛期盡量利用來水多發(fā)電，盡 量減少設(shè)備操作。</p><p>　　泥沙實(shí)時監(jiān)測困難。對于用水庫沉沙的 以庫代池方案來講，實(shí)時入庫含沙量是水庫調(diào)度 中最重要的信息之一。在柳洪水電站閘址上游約 3 km處的拉馬水文站的含沙量既能代表柳洪水 電站的人庫泥沙含量，也有一定的預(yù)報(bào)時間。但 是原泥沙測報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中的泥沙實(shí)時測量設(shè) 備因現(xiàn)場環(huán)境不滿足設(shè)備工作條件而無法投入

16、實(shí) 時監(jiān)測;據(jù)向設(shè)計(jì)院了解，目前國內(nèi)外均無符合現(xiàn) 場環(huán)境的泥沙實(shí)時測量設(shè)備。</p><p>　　影響電網(wǎng)電量平衡和電站發(fā)電量。柳洪 水電站裝機(jī)180 MW，占四川電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷的比 重并不大，但是電網(wǎng)負(fù)荷在一天之中變化犬，特別 是峰谷比值越來越大。由于流域內(nèi)強(qiáng)降雨多發(fā)生 在夜間，導(dǎo)致柳洪水電站在白天電網(wǎng)高峰負(fù)荷時 段全停機(jī)概率較大，而此時電網(wǎng)也缺少發(fā)電能力。 另一方面，四川電網(wǎng)內(nèi)遇大洪水需要全停機(jī)避峰 的水電裝機(jī)

17、容量高達(dá)數(shù)百萬千瓦，一旦發(fā)生大范 圍的洪水，將極大的影響四川電網(wǎng)的電量平衡，特 別是主暴雨期也是電網(wǎng)負(fù)荷高峰期的7、8月份。 由于各水電站全停機(jī)避峰（洪峰或沙峰）是不可 確定準(zhǔn)確時間的緊韋事件，電網(wǎng)方面在突然失去 這些發(fā)電能力后,必須盡快安排其它發(fā)電機(jī)組頂 替發(fā)電；當(dāng)全停機(jī)避峰水電站避峰完畢、恢復(fù)發(fā)電 能力時，電網(wǎng)方面就要安排一些機(jī)組停機(jī)，以便讓 這些水電的機(jī)組發(fā)電，從而也加大了電網(wǎng)安排協(xié) 調(diào)的難度。因?yàn)殡娋W(wǎng)內(nèi)不是所有機(jī)組都可以隨時 開

18、停機(jī)增減負(fù)荷，特別是火電機(jī)組;再者,恢復(fù)發(fā) 電時，由于電網(wǎng)安排負(fù)荷困難，避峰完畢的水電站 一般不能馬上恢復(fù)滿發(fā)，加之蓄水發(fā)電操作消耗 的時間等，電站全停機(jī)避峰損失的電量會比理論 計(jì)算值大。</p><p>　　汛期人庫含沙量大于7 kg/m3時全停機(jī) 的條件設(shè)置過于簡単。在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)生過人 庫流量只有14 m3/s,但泥沙含量卻高達(dá)24 kg/m3 的情況。此時，按照水庫運(yùn)行方案,需要全停機(jī)； 但是，由水力學(xué)

19、知識可知,在這樣小的流量下水庫 沉沙率遠(yuǎn)髙于設(shè)計(jì)要求。水庫沉沙能否滿足過機(jī) 要求,實(shí)際上是由入庫流量和入庫含沙量兩個條 件共同決定的，其臨界值為一條二維曲線。筆者</p><p><b>　　(下轉(zhuǎn)第123頁）</b></p><p>　　3.3摩擦角p對結(jié)果的影響</p><p>　　表1不同c值對應(yīng)的安全系數(shù)表</p><

20、;p>　　+模式1 ■■?一模式2</p><p><b>　　^ 1.20 -</b></p><p>　　10060708090100 110</p><p><b>　　粘聚力c/kN</b></p><p>　　圖3粘聚力與安全系數(shù)關(guān)系圖 設(shè)定粘聚力c =80 kPa,將摩擦

21、角9值從2Y増加 到30°，計(jì)算結(jié)果如表2和圖4所示。結(jié)果表明， 安全系數(shù)隨摩擦角的増加呈線性増大，二者的回 歸方程為：</p><p>　　表2不同ip值對應(yīng)的安全系數(shù)表</p><p><b>　　摩擦角 安全系數(shù)</b></p><p>　　Fsl =0.044 4 <p +0. 184 6 Fs2 =0.036 8

22、¢>+0. 084 7 其中fsl和A2代表兩種模式的安全系數(shù)。</p><p>　　計(jì)算兩種模式的相關(guān)系數(shù)分別為=0.999 3,</p><p><b>　　模式1模式2</b></p><p>　　252627282930</p><p><b>　　磨擦角中/ °&

23、lt;/b></p><p>　　圖4摩擦角與安全系數(shù)關(guān)系圖 R2=0. 994 2,均屬于極強(qiáng)相關(guān)。</p><p><b>　　4結(jié)語</b></p><p>　　對長河壩水電站泄洪洞邊坡主要結(jié)構(gòu)的 參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，當(dāng)粘聚力c從60 kPa增 加到110 kPa,兩種模式的安全性是分別増大了 0.069和0.046，而摩擦角p值

24、從25。増加到30。， 安全性分別增大0.221和0.187,結(jié)果表明:摩擦 角9對安全系數(shù)的影響大于粘聚力c的影響。</p><p>　　考慮到通過試驗(yàn)得到的c值的取值范圍 一般比較大。建議計(jì)算時同時兼顧c、<P值的選 取。</p><p>　　對于有控制性結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)高邊坡，在 參數(shù)敏感性分析的基礎(chǔ)上，還應(yīng)進(jìn)行參數(shù)反演，以 期得到更為準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)。</p>

25、<p><b>　　作者簡介：</b></p><p>　　陳佳偉（1986-),男，四川射洪人,在讀碩士研究生，研究方向：巖 土工程；</p><p>　　齊魯（1990-),男,遼寧沈陽人,在讀本科生,專業(yè):水利水電エ 程；</p><p>　　翟開源（1988-)，男，四川遂寧人,助理工程師，學(xué)士,從事路基工 程施工技術(shù)工作；&

26、lt;/p><p>　　崔玉龍（1989-),男，安徽蚌埠人,在讀碩士研究生,研究方向：巖 土工程；</p><p>　　鄭洪春（1986-)，男，四川西昌人，在讀碩士研究生,研究方向：巖</p><p>　　土工程.（責(zé)任編輯:李燕輝)</p><p><b>　　(上接第102頁）</b></p><

27、;p>　　認(rèn)為:應(yīng)根據(jù)水力學(xué)理論計(jì)算和模型試驗(yàn)結(jié)果在 人庫流量和人庠含沙量的二維平面上繪制出水庫 的各種運(yùn)行區(qū)域,如日調(diào)節(jié)區(qū)、沉沙區(qū)、沖沙區(qū)等， 指導(dǎo)水庫的調(diào)度和發(fā)電運(yùn)行。</p><p><b>　　5結(jié)語</b></p><p>　　柳洪水電站實(shí)施的以庫代池方案總體上來講 其運(yùn)行效果是良好的，但是，也加重了水庫調(diào)度、 運(yùn)行操作和電力營銷等方面的工作。柳洪水電

28、站 以庫代池方案實(shí)施時，偏重于理想化的理論情況, 對實(shí)際運(yùn)用情況考慮不足；而水電站的運(yùn)行周期 長達(dá)幾十年甚至上百年。水電站實(shí)施以庫代池方 案時，應(yīng)充分考慮電站水情、泥沙監(jiān)測、水庫調(diào)度 和生產(chǎn)運(yùn)行各方面的情況。</p><p><b>　　作者簡介：</b></p><p>　　黃波（1985-)，男，山東濟(jì)寧人,助理工程師，從事水電站電力營 銷工作；</p>