張志福，張 倩，苗 強(qiáng)

(1.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林 吉林 132108;2.中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

0 引言

水電站在電網(wǎng)中主要承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、備用等任務(wù)，其發(fā)電流量急劇變化，將引起電站下游流量和水位的波動(dòng)，為了減少或消除水電站調(diào)峰不穩(wěn)定流對(duì)水電站下游的供水、灌溉、航運(yùn)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的不利影響，充分發(fā)揮水電站在電網(wǎng)中的調(diào)峰作用，往往在水電站下游興建反調(diào)節(jié)水庫(kù)［1］。

1 豐滿水電站調(diào)峰運(yùn)行對(duì)下游供水保障的影響

1.1 豐滿水電站概況

豐滿水電站是第二松花江干流的第3個(gè)梯級(jí)與控制性工程，上游距紅石水電站約153 km，下游距吉林市16 km。豐滿水庫(kù)正常蓄水位263.5 m，相應(yīng)庫(kù)容88.49億m3，死水位242 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容61.64億m3，具有多年調(diào)節(jié)性能。豐滿水電站于1937年4月正式開工，1943年第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電，1953年一期工程建成，1992年完成二期擴(kuò)建工程，1998年完成三期擴(kuò)機(jī)工程，裝機(jī)容量達(dá)到1 002.5 MW［2］。為徹底解決豐滿水電站存在的安全隱患，在經(jīng)前期各階段設(shè)計(jì)論證與相關(guān)審批程序后，國(guó)家發(fā)改委于2012年10月核準(zhǔn)了豐滿水電站全面治理(重建)工程。2013年5月1日豐滿水電站全面治理(重建)工程開工，預(yù)計(jì)2019年5月31日完工，重建工程結(jié)束后，新建電站的水庫(kù)調(diào)度方式基本保持不變，調(diào)峰性能有所增強(qiáng)。

1.2 豐滿水電站下游河段用水要求

(1)流域規(guī)劃用水要求。根據(jù)《松花江遼河流域水資源綜合開發(fā)利用規(guī)劃》(1992年)、《松花江、遼河流域水資源綜合規(guī)劃》(2010年)要求，豐滿水庫(kù)在枯水期壩下最小放流量調(diào)到150 m3/s，滿足吉林江段的環(huán)境用水要求即可。根據(jù)上述要求，豐滿水庫(kù)需保證150 m3/s的最小下泄流量。2000年在豐滿大壩下游15 km處修建了引松入長(zhǎng)工程，每年向長(zhǎng)春市引水3.08億m3，設(shè)計(jì)引水流量11 m3/s，故需要豐滿水庫(kù)最小下泄流量161 m3/s。同時(shí)根據(jù)《豐滿水電站大壩全面治理工程環(huán)境影響報(bào)告書》對(duì)電站下游江段最小生態(tài)、環(huán)境、河道外取用水要求計(jì)算分析，流域規(guī)劃確定的161 m3/s的最小下泄流量也基本符合豐滿下游吉林市區(qū)江段的最小用水要求。目前，豐滿水電站一直按照該要求發(fā)電運(yùn)行。

(2)下游河段主要用水對(duì)象。豐滿水電站下游河段分布有大量的取用水設(shè)施，電站運(yùn)行對(duì)水資源的調(diào)控作用顯著，因此需要兼顧各用水對(duì)象的需求情況。根據(jù)對(duì)下游河段現(xiàn)有主要取用水用戶調(diào)查成果，吉林市工業(yè)、生活取水口基本分布在豐滿下游約50 km的吉林市區(qū)江段范圍，均位于永慶壩下，下游取水量及取用流量較大設(shè)施有自來水一廠、自來水二廠、自來水三廠、自來水四廠、引松入長(zhǎng)馬家泵站、吉化動(dòng)力廠、吉林熱電廠、吉林鐵合金廠、吉林化肥廠、吉林松花江熱電廠、吉林化纖廠等20個(gè)單位。綜合考慮《吉林市水資源綜合規(guī)劃報(bào)告》中對(duì)吉林市用水量預(yù)測(cè)及“引松入長(zhǎng)”工程取水要求，2020年豐滿下游河道外用水總需求約7.93億m3，相當(dāng)于取水江段流量25.16 m3/s，占161 m3/s最小下泄流量的15.63%。

1.3 豐滿水電站調(diào)峰對(duì)下泄流量的影響

永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)建成前，豐滿水電站承擔(dān)60 MW電網(wǎng)基荷和每日調(diào)峰2次的運(yùn)行任務(wù)［3］，維持最小249 m3/s的下泄流量;永慶水庫(kù)投入運(yùn)行后，解放了豐滿水電站60 MW的基荷，豐滿水電站目前在東北電網(wǎng)中承擔(dān)一定的調(diào)峰任務(wù)。電站機(jī)組最大過流量為1 864 m3/s，最大調(diào)峰負(fù)荷為800 MW，最大調(diào)峰發(fā)電流量為1 040 m3/s，根據(jù)目前豐滿水電站在電網(wǎng)中的負(fù)荷位置，豐滿主要承擔(dān)10∶00～12∶00、16∶00～20∶00的發(fā)電任務(wù)，調(diào)峰過程中不均勻的下泄流量過程使下游河道流量、水位日內(nèi)變幅較大。

而豐滿水電站下游河段供水要求河道內(nèi)保持一定的水位，以保證取用水設(shè)施能夠按用水要求引水，在豐滿水電站調(diào)峰停機(jī)期間，壩下部分河段存在河底出露，將對(duì)下游河段用水對(duì)象產(chǎn)生不利影響;為保證通航水位及航運(yùn)安全，要求河道內(nèi)瞬時(shí)水位變幅很小，而豐滿水電站調(diào)峰運(yùn)行時(shí)，短時(shí)間內(nèi)下泄流量迅速變化，對(duì)下游航運(yùn)產(chǎn)生不利影響;同時(shí)水電站調(diào)峰運(yùn)行可能造成下游河段間歇性減脫水河段，將對(duì)下游生態(tài)環(huán)境帶來不利影響。

2 永慶水庫(kù)對(duì)豐滿水電站的反調(diào)節(jié)作用回顧

2.1 永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)概況

豐滿水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)型水庫(kù)，對(duì)壩址下游河段徑流年內(nèi)變化調(diào)節(jié)作用明顯，電站在電網(wǎng)中主要承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，日內(nèi)下泄流量變化較大。為保證豐滿水電站滿足下游最小流量的要求，同時(shí)充分發(fā)揮其調(diào)峰作用，在豐滿大壩下游10.3 km處修建了永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)，永慶水庫(kù)上游水位與豐滿發(fā)電廠尾水相銜接，為日調(diào)節(jié)性能，正常蓄水位192.2 m，相應(yīng)庫(kù)容1 036萬m3，死水位189.3 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容828萬m3［2］。永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)于2002年9月19日開工建設(shè)，2005年11月12日投入試運(yùn)行，2006年永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)工程竣工，豐滿水電站成為完全調(diào)峰電廠，發(fā)電時(shí)間由過去的24 h基荷發(fā)電放流，變?yōu)槊咳?次調(diào)峰發(fā)電。

2.2 永慶水庫(kù)反調(diào)節(jié)性能

永慶水庫(kù)設(shè)置有828萬m3的反調(diào)節(jié)庫(kù)容，根據(jù)水庫(kù)的設(shè)計(jì)要求，需保證豐滿水電站在兩次調(diào)峰期間停機(jī)13個(gè)小時(shí)的情況下，持續(xù)保障下游最小下泄流量滿足161 m3/s的要求。

根據(jù)永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)的設(shè)計(jì)能力，在豐滿發(fā)電廠停機(jī)狀態(tài)下，從正常蓄水位開始消落到死水位，實(shí)際能夠滿足下游最小流量進(jìn)行放流的時(shí)間為14小時(shí)，要求豐滿水電站每天必須進(jìn)行兩次調(diào)峰，在第一次調(diào)峰(保證永慶水庫(kù)蓄滿)停機(jī)后，14個(gè)小時(shí)之內(nèi)至少再調(diào)一次峰，以補(bǔ)充永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容的不足。

目前，豐滿水電站運(yùn)行中調(diào)峰間隔時(shí)間均不超過13小時(shí)，永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)則通過自動(dòng)流量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閘門開度，對(duì)下泄流量進(jìn)行控制，當(dāng)永慶庫(kù)區(qū)水位在正常蓄水位以下時(shí)，則按照最小161 m3/s進(jìn)行放流;當(dāng)水位高于正常蓄水位時(shí)，則通過溢流壩段進(jìn)行敞流。

2.3 永慶水庫(kù)對(duì)下游用水的保障效果

豐滿水電站在水庫(kù)運(yùn)行中確定了日均下泄流量不低于161 m3/s的調(diào)度原則，但由于豐滿水電站在電網(wǎng)中主要承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，日內(nèi)下泄流量變化較大。為保證豐滿水電站下游能夠持續(xù)滿足最小下泄流量的要求，不受電站調(diào)峰運(yùn)行影響，同時(shí)充分發(fā)揮其調(diào)峰效益，2005年在豐滿大壩下游10.3 km處修建了永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)，設(shè)置有828萬m3的反調(diào)節(jié)庫(kù)容。通過永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)與豐滿水電站調(diào)峰運(yùn)行相結(jié)合，豐滿的出庫(kù)流量能夠經(jīng)過永慶調(diào)蓄后均勻下泄，進(jìn)一步保障了最小下泄流量的持續(xù)穩(wěn)定。

根據(jù)永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)下游吉林市水文站1995年～2008年的最小實(shí)測(cè)流量統(tǒng)計(jì)可知，在1995年～2004年期間，除1995年～1996年、1999年～2000年等時(shí)段，其余年份吉林市區(qū)江段全年中至少有3個(gè)月出現(xiàn)最小實(shí)測(cè)流量低于161 m3/s的情況，實(shí)測(cè)最小值為117 m3/s。在2005年～2008年，永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)修建以后，吉林市區(qū)江段僅2005年12月、2008年10月出現(xiàn)最小實(shí)測(cè)流量低于161 m3/s的情況，實(shí)測(cè)最小值為147 m3/s(根據(jù)對(duì)永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)實(shí)際操作記錄調(diào)查，兩次小流量出現(xiàn)，均為閘門試驗(yàn)操作原因，且影響時(shí)間較短)?？梢?，永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)正常運(yùn)行的情況下，對(duì)提高豐滿下游最小流量發(fā)揮了較大作用，基本不會(huì)出現(xiàn)下泄流量低于最小流量要求的情況。

綜上所述，永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)對(duì)豐滿水電站調(diào)峰的不穩(wěn)定流進(jìn)行反調(diào)節(jié)，保證下泄流量穩(wěn)定，保證河道水位，滿足下游河段取用水設(shè)施正常取水，保障下游用水、滿足航運(yùn)要求，下游河道保障一定的水流量，滿足下游生態(tài)環(huán)境對(duì)水質(zhì)的要求。永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)不僅保證上游水電站在電網(wǎng)中的調(diào)峰作用，帶來了經(jīng)濟(jì)效益，更為重要的是保障下游河段用水，為下游帶來了巨大的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

3 豐滿水電站重建后對(duì)反調(diào)節(jié)運(yùn)行方式的影響

3.1 豐滿水電站調(diào)峰性能變化情況

豐滿水電站重建后裝機(jī)容量由現(xiàn)有的1 002.4 MW增加到1 480 MW，調(diào)峰能力有所增強(qiáng)。最大發(fā)電流量由現(xiàn)狀的1 864m3/s增加到2 940 m3/s，最大調(diào)峰負(fù)荷由現(xiàn)狀約800 MW增加到1 275 MW，最大調(diào)峰流量由現(xiàn)狀的約1 000 m3/s增加到2 020 m3/s。根據(jù)運(yùn)行期典型日負(fù)荷狀況，豐滿水電站承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)的時(shí)段主要為10∶00～11∶00、16∶00～21∶00，總共調(diào)峰運(yùn)行時(shí)間不到6小時(shí)，在豐滿水電站調(diào)峰停機(jī)期間，永慶庫(kù)尾2.4 km范圍內(nèi)將出現(xiàn)最長(zhǎng)5小時(shí)的減脫水河段。調(diào)峰時(shí)間縮短、流量增大，調(diào)峰性能增強(qiáng)會(huì)造成日內(nèi)下泄流量的不均勻分配，加大壩下河段的流量、水位變幅。

3.2 永慶水庫(kù)調(diào)節(jié)性能變化情況

永慶水庫(kù)設(shè)有828萬m3的反調(diào)節(jié)庫(kù)容，豐滿水電站重建后永慶水庫(kù)仍按照保證下游最小161 m3/s流量的反調(diào)節(jié)方式運(yùn)行，根據(jù)工程設(shè)計(jì)單位中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司對(duì)永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)庫(kù)容的復(fù)核，在考慮吉林市近期規(guī)劃的永慶庫(kù)區(qū)沿岸“清水綠帶”堤防工程的建設(shè)，以及壩址下移、庫(kù)區(qū)阿什砂礫石料場(chǎng)開采、回填等影響的情況下，豐滿水電站重建后永慶水庫(kù)反調(diào)節(jié)庫(kù)容將減小為783萬m3，反調(diào)節(jié)能力將有所降低。

3.3 運(yùn)行期對(duì)下游用水的保障效果分析

在豐滿水電站運(yùn)行期典型日調(diào)峰方式的制定過程中，已經(jīng)考慮永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力和操作方式。根據(jù)永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)運(yùn)行期典型日豐滿調(diào)峰過程中出庫(kù)流量情況(見表1)，結(jié)合永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)的運(yùn)行方式，計(jì)算出典型日下豐滿、永慶水庫(kù)出庫(kù)流量過程，見圖1。

根據(jù)上述不同典型日豐滿、永慶出庫(kù)流量過程分析可知，豐滿水電站每天應(yīng)承擔(dān)兩次調(diào)峰任務(wù)，調(diào)峰間隔時(shí)間最長(zhǎng)為13 h，以補(bǔ)充永慶反調(diào)節(jié)庫(kù)容。在豐水年夏季典型日，豐滿持續(xù)發(fā)電泄流，永慶出庫(kù)流量均大于最小流量要求;在平水年夏季典型日，利用永慶水庫(kù)的反調(diào)節(jié)作用，能夠?qū)⒆钚∠滦沽髁吭黾拥?74 m3/s;在枯水年夏季典型日，以及冬季典型日，通過永慶水庫(kù)的反調(diào)節(jié)作用，能夠滿足下游最小161 m3/s下泄流量的保障要求。

4 結(jié)語

永慶水庫(kù)為豐滿水電站的反調(diào)節(jié)水庫(kù)，旨在解放豐滿水電站基荷同時(shí)保障下游城市和環(huán)境用水需求。豐滿水電站重建后裝機(jī)容量增加，調(diào)峰能力增強(qiáng)，下泄流量日內(nèi)變化過程較現(xiàn)狀更加明顯，調(diào)峰期間永慶庫(kù)區(qū)水位、流量變幅增大。永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)將豐滿水電站運(yùn)行調(diào)峰產(chǎn)生的不均勻泄流蓄積后均勻下泄，確保下泄流量不低于161 m3/s最小流量的要求，下游河道流量波動(dòng)幅度減小，水流條件得到改善。在枯水期保證其放流量，滿足下游江段及吉林市的環(huán)境用水達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)［5］。本文回顧分析了永慶反調(diào)節(jié)水庫(kù)對(duì)保障下游河段用水的效果，永慶水庫(kù)不僅保證上游水電站在電網(wǎng)中的調(diào)峰作用，為上游水電站增加了調(diào)峰發(fā)電效益，而且保障了下游河段用水，為下游帶來了巨大的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

表1 典型日豐滿、永慶水庫(kù)下泄流量關(guān)系 單位:m3/s

圖1 典型日豐滿、永慶水庫(kù)出庫(kù)流量過程

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