邢志勇

(遼寧清原抽水蓄能電站有限公司，遼寧 清原 113300)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整深入，抽水蓄能發(fā)展成為能源結(jié)構(gòu)補(bǔ)短板的重要舉措，一批抽水蓄能電站正在有序建設(shè)。電站建設(shè)施工期用水、初期蓄水、運(yùn)行期補(bǔ)水對(duì)壩下河道天然徑流產(chǎn)生一定影響。因此電站建設(shè)必須下泄生態(tài)流量，本文以清原抽水蓄能電站為例簡(jiǎn)要介紹抽水蓄能電站下泄生態(tài)流量的確定及下泄設(shè)施。

1 項(xiàng)目概況

清原抽水蓄能電站位于遼寧省撫順市清原滿族自治縣境內(nèi)。電站總裝機(jī)容量為1800MW，發(fā)電額定水頭390m，設(shè)計(jì)年發(fā)電量30.11億kW·h，年抽水用電量40.15億kW·h，年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)1673h，年抽水利用小時(shí)數(shù)2231h。電站樞紐工程主要由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)等建筑物組成。上水庫(kù)位于清原縣最高峰摩離紅山東側(cè)摩離紅溝溝首，流域面積1.99km2，主溝長(zhǎng)1.79km，平均比降約104‰，壩址多年平均年徑流量53.4萬(wàn)m3、多年平均流量為0.017m3/s，正常蓄水位以下庫(kù)容1433萬(wàn)m3。下水庫(kù)位于渾河右岸支流樹(shù)基溝河內(nèi)，壩址流域面積65.3km2，流域內(nèi)河道主溝長(zhǎng)約14.2km，平均比降約12.8‰，多年平均年徑流量1754萬(wàn)m3、多年平均流量為0.556m3/s，正常蓄水位以下庫(kù)容1564萬(wàn)m3。

2 生態(tài)流量泄放

2.1 生態(tài)流量泄放要求

電站建設(shè)的施工期、初期蓄水期、運(yùn)行期均不得從上水庫(kù)所在摩離紅溝取水，摩離紅溝天然來(lái)水全部下放。

電站建設(shè)的施工期用水、初期蓄水、運(yùn)行期補(bǔ)水均取自下水庫(kù)所在的樹(shù)基溝河。施工期在枯水期通過(guò)導(dǎo)流洞下泄生態(tài)流量。初期蓄水期，無(wú)論天然來(lái)流量是否可以達(dá)到下泄最小生態(tài)流量，都應(yīng)按確定的下泄生態(tài)流量進(jìn)行下放，在初期蓄水期間的枯水期，首先確保下泄生態(tài)流量，如不能按期完成蓄水，應(yīng)延長(zhǎng)蓄水時(shí)間。運(yùn)行期當(dāng)天然來(lái)流量小于規(guī)定下泄最小生態(tài)流量時(shí)，電站下泄生態(tài)流量按壩址處天然實(shí)際來(lái)流量的110%進(jìn)行下放。

2.2 電站用水分析

2.2.1 施工期用水分析

電站上、下水庫(kù)壩區(qū)均布置有施工導(dǎo)流設(shè)施，壩區(qū)上游溝道徑流經(jīng)導(dǎo)流設(shè)施進(jìn)入下游河道。施工期未從摩離紅溝取水，不影響上水庫(kù)溝內(nèi)天然徑流。施工期用水取自工程區(qū)下水庫(kù)溝內(nèi)天然徑流，電站施工期施工用水量934.64萬(wàn)m3，用水保證率取75%，高峰年施工用水178.95萬(wàn)m3，占下水庫(kù)壩址處河道年均徑流量1010.59萬(wàn)m3的17.71%，減少了下游河道徑流量，但對(duì)下游河道徑流影響較小。在枯水期從導(dǎo)流洞下泄生態(tài)流量。

2.2.2 初期蓄水用水

電站初期蓄水不利用上水庫(kù)上游流域來(lái)水，上水庫(kù)上游流域來(lái)水全部下泄至壩下游，因此，初期蓄水不會(huì)對(duì)下游河道的徑流產(chǎn)生影響。

電站初期蓄水是將下水庫(kù)上游來(lái)水在扣除施工用水、下游其他用水戶用水、下游生態(tài)用水、蒸發(fā)滲漏量的基礎(chǔ)上，剩余的水量用來(lái)作為初期蓄水，在75%來(lái)水保證率的情況下，蓄水期間剩余水量比蓄水所需要的水量還要多，總盈余水量達(dá)到319萬(wàn)m3。盈余水量均通過(guò)水庫(kù)泄水建筑物進(jìn)入下游樹(shù)基溝河道，因此初期蓄水期間只會(huì)減少下水庫(kù)壩址下游樹(shù)基溝河道流量，導(dǎo)致河道斷流的幾率很小。

表1 逐月下泄生態(tài)流量表 單位：m3/s

但電站補(bǔ)水期間，補(bǔ)水時(shí)間相對(duì)集中，下水庫(kù)下游河道可能出現(xiàn)斷流，為此，下水庫(kù)須設(shè)置生態(tài)泄流設(shè)施，以滿足下游兩岸村莊生產(chǎn)生活用水及生態(tài)用水需求。

2.2.3 電站運(yùn)行期補(bǔ)水

電站運(yùn)行期補(bǔ)水不利用上水庫(kù)上游流域來(lái)水，上水庫(kù)上游流域來(lái)水全部下泄至壩下游，因此，運(yùn)行期補(bǔ)水不會(huì)對(duì)下游河道的徑流產(chǎn)生影響。

電站運(yùn)行期的補(bǔ)水量主要是上、下水庫(kù)以及水道系統(tǒng)的蒸發(fā)、滲漏所損失的水量，年補(bǔ)水量約306.9萬(wàn)m3，補(bǔ)水水源為下水庫(kù)入庫(kù)徑流。電站年補(bǔ)水量遠(yuǎn)小于下水庫(kù)壩址處多年平均總徑流量1754萬(wàn)m3，也小于95%特枯年份下水庫(kù)壩址處的年徑流量474萬(wàn)m3，多余的水量通過(guò)下水庫(kù)泄水建筑物進(jìn)入下游河道，而且補(bǔ)水時(shí)間也是安排在水量較充沛月份進(jìn)行補(bǔ)水(5—9月)，因此，運(yùn)行期補(bǔ)水對(duì)下水庫(kù)下游河道徑流影響很小。

當(dāng)天然來(lái)流量小于規(guī)定下泄最小生態(tài)流量時(shí)，電站需下泄生態(tài)流量。

2.3 生態(tài)流量確定

按照Tennant法、最小月平均流量法、7Q10法計(jì)算結(jié)果的外包線作為壩下樹(shù)基溝河道內(nèi)最小生態(tài)流量，大小為0.0556m3/s。下水庫(kù)下泄生態(tài)流量等于河道內(nèi)生態(tài)流量加河道外需水量。河道外需水量包括灌溉及生活需水量，逐月下泄生態(tài)流量詳見(jiàn)表1。

同時(shí)考慮到本電站所在地區(qū)的環(huán)境保護(hù)要求較高，綜合研究確定：初期蓄水期，無(wú)論天然來(lái)流量是否可達(dá)到下泄最小生態(tài)流量(0.0556m3/s)，均按表1中下泄生態(tài)流量下放；運(yùn)行期，當(dāng)運(yùn)行期天然來(lái)流量小于規(guī)定下泄最小生態(tài)流量時(shí)，電站下泄生態(tài)流量按壩址處天然實(shí)際來(lái)流量的110%進(jìn)行下放，下庫(kù)設(shè)置了一定的環(huán)境庫(kù)容，滿足泄放要求。

3 生態(tài)流量泄放設(shè)施

3.1 上水庫(kù)生態(tài)流量泄放設(shè)施

3.1.1 施工期生態(tài)流量泄放設(shè)施

上水庫(kù)壩上游來(lái)水均通過(guò)上水庫(kù)施工導(dǎo)流洞排到壩下，導(dǎo)流洞為城門(mén)洞形，斷面尺寸2.5m×3.0m(寬×高)，滿足施工期泄流要求。

3.1.2 初期蓄水期和運(yùn)行期生態(tài)流量泄放設(shè)施

沿上水庫(kù)環(huán)庫(kù)公路靠山側(cè)設(shè)置混凝土排水渠至壩下游河道，排水渠斷面尺寸1m×1m。環(huán)庫(kù)公路及外側(cè)排水渠應(yīng)在電站初期蓄水前建成，初期蓄水期和運(yùn)行期上水庫(kù)以上流域來(lái)水均通過(guò)上水庫(kù)環(huán)庫(kù)公路外側(cè)排水渠流至上水庫(kù)壩下河道，不進(jìn)入上水庫(kù)庫(kù)內(nèi)。

3.2 下水庫(kù)生態(tài)流量泄放設(shè)施

3.2.1 施工期生態(tài)流量泄放設(shè)施

下水庫(kù)壩上游來(lái)水均通過(guò)下水庫(kù)施工導(dǎo)流洞排到壩下，導(dǎo)流洞為6m×8m(寬×高)，為城門(mén)洞型，滿足施工期泄流要求。

3.2.2 初期蓄水期和運(yùn)行期生態(tài)流量泄放設(shè)施

下水庫(kù)設(shè)一套生態(tài)流量泄放系統(tǒng)，在下水庫(kù)泄洪放空洞進(jìn)水口右側(cè)布置生態(tài)流量閥門(mén)井，通過(guò)埋設(shè)的生態(tài)流量泄放管，泄放生態(tài)流量，并利用泄洪放空洞向下游泄放生態(tài)流量。

泄水鋼管中心高程為297.00m，低于下水庫(kù)死水位1.0m，內(nèi)徑30cm，中心線長(zhǎng)550.0m，進(jìn)口位于泄洪放空洞進(jìn)口明渠內(nèi)，經(jīng)邊墻外側(cè)生態(tài)流量閥門(mén)井折向下游，沿泄洪洞側(cè)墻布置，直至出口處，于消力池邊墻轉(zhuǎn)彎，下游接至河床。通過(guò)在生態(tài)流量閥門(mén)井內(nèi)管道設(shè)兩道流量調(diào)節(jié)蝶閥和一道電磁流量調(diào)節(jié)閥，用以控制泄放生態(tài)流量。

閥門(mén)室位于進(jìn)水口閘門(mén)井右側(cè)，長(zhǎng)8.0m，寬3.6m，基礎(chǔ)高程為293.5m，頂高程為323.85m。在323.85m高程布置樓板與工作閘門(mén)啟閉機(jī)室齊平，并設(shè)置樓梯通至閥門(mén)操作位置。控制及操作設(shè)計(jì)設(shè)在操作室內(nèi)，閥門(mén)采用遠(yuǎn)程控制的方式。

為防止進(jìn)入操作室的滲漏水或泄洪放空洞下泄洪水對(duì)閥門(mén)產(chǎn)生損害，在操作室內(nèi)設(shè)置2臺(tái)排水泵，錯(cuò)開(kāi)布置，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。排水泵出水口直接接入泄水鋼管電磁流量調(diào)節(jié)閥下游側(cè)主管。

為了不影響發(fā)電，泄洪放空洞運(yùn)行期需保證來(lái)水及時(shí)泄放，不存在河道斷流情況。而在初期蓄水期，河流被截流蓄水，則需開(kāi)啟生態(tài)流量管泄放生態(tài)流量，下水庫(kù)生態(tài)流量管在死水位298.00時(shí)泄量為0.145m3/s，在正常水位319.00m時(shí)泄量為0.145m3/s，泄流能力滿足要求。

泄洪放空洞進(jìn)水口高程為294m，出水口高程為279m，下水庫(kù)壩址下游河底高程為283m，為保證下水庫(kù)壩下河道不斷流，對(duì)壩址與泄洪放空洞出水口之間河道進(jìn)行疏浚、開(kāi)挖，使壩址下游河底高程低于279m，需開(kāi)挖河道長(zhǎng)度約350m。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目上水庫(kù)施工期、初期蓄水期、運(yùn)行期均不從摩離紅溝取水，天然來(lái)水全部通過(guò)導(dǎo)流洞或環(huán)庫(kù)公路排水渠排至壩下河道。下水庫(kù)設(shè)置生態(tài)流量管，初期蓄水期，無(wú)論天然來(lái)流量是否可以達(dá)到下泄最小生態(tài)流量，都按表1中生態(tài)流量進(jìn)行下放；運(yùn)行期除少量補(bǔ)水之外，其余天然來(lái)水全部泄放，不存入庫(kù)內(nèi)，當(dāng)運(yùn)行期天然來(lái)流量小于規(guī)定下泄最小生態(tài)流量時(shí)，電站下泄生態(tài)流量按壩址處天然實(shí)際來(lái)流量的110%進(jìn)行下放；電站建設(shè)改善了枯水期下游河道生態(tài)環(huán)境。