趙天來

（華能甘肅水電開發(fā)有限公司多松多水電站，甘肅碌曲747202）

我國(guó)北方河流冬季常出現(xiàn)凌汛災(zāi)害[1]。冰情是我國(guó)北緯30°以北地區(qū)寒冷季節(jié)普遍存在的水文現(xiàn)象[2]。洮河上游位于北緯35°左右，屬高寒陰濕地區(qū)，特別是甘南碌曲以上河段，海拔在2 700 m以上，無(wú)霜期短，冬季較長(zhǎng)。近年來，洮河流域水電開發(fā)較快，上游河段水電站冬季水庫(kù)運(yùn)行中的冰凌災(zāi)害問題也隨之顯現(xiàn)[3]。水電站的冰害是一個(gè)復(fù)雜的問題，有待于實(shí)踐中進(jìn)一步摸索與探求[4]。多松多水電站通過庫(kù)區(qū)冬季排冰運(yùn)行進(jìn)一步探索更加行之有效的方法，把凌汛的危害性降到最低程度，提升了電站發(fā)電量。

1 電站基本情況

多松多水電站位于甘南藏族自治州碌曲縣雙岔鄉(xiāng)亞吉爾村洮河干流上，為洮河上游梯級(jí)開發(fā)建設(shè)的第五座水電站[5]，距上游大莊水電站約9.5 km。為低壩無(wú)調(diào)節(jié)引水式電站，樞紐無(wú)調(diào)節(jié)能力?？傃b機(jī)容量21 MW（3×7 MW），裝有3臺(tái)單機(jī)容量為7 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。電站最大水頭36.51 m，最小水頭27.79 m，加權(quán)平均水頭32.73 m，額定水頭29.6 m。額定引水流量 82 m3/s（3×27.33 m3/s），年利用小時(shí)4 336 h，多年平均發(fā)電量為9 106萬(wàn)kW·h[6]。

2 流域水文、氣象、地質(zhì)情況

多松多水電站庫(kù)區(qū)地理坐標(biāo)為東經(jīng)102°46′～102°53′、北緯 34°31.5′～34°37′，水電站樞紐距離碌曲縣城約60 km，距上游大莊水電站樞紐約12.5 km，距下游的峽村水電站樞約41 km。其樞紐在洮河碌曲水文站和下巴溝水文站之間，距上游碌曲水文站59 km，距下游洮河下巴溝水文站44 km，樞紐斷面控制流域面積7 047 km2。

洮河為黃河上游較大的一級(jí)支流，發(fā)源于甘肅、青海兩省交界處的西傾山東麓，流經(jīng)碌曲、臨潭、卓尼、岷縣、臨夏、東鄉(xiāng)，在永靖縣境內(nèi)匯入黃河劉家峽水庫(kù)。河流全長(zhǎng)673.1 km，流域面積25 527 km2，河源高程4 260 m，河口處高程1 629 m，相對(duì)高差2 631 m，全河干流平均比降為2.8%。洮河上游地區(qū)為碌曲、夏河一帶，河道高程在3000m以上，干流河谷狹窄，兩岸地勢(shì)高峻，河道平均比降達(dá)4.57%[6]。

當(dāng)?shù)貧鉁馗哂?17℃，河水自身不產(chǎn)生冰屑[7]（漂浮在水面的初生冰團(tuán)，疏松、多孔、容重小，但粘結(jié)力比冰大，俗稱“麻浮”），河水中有少量上游河岸兩側(cè)結(jié)冰后的冰凌。當(dāng)氣溫低于-17℃，河水自身產(chǎn)生冰屑，進(jìn)入庫(kù)區(qū)后集結(jié)在攔污柵前，隨著時(shí)間推移冰凌集結(jié)體積增大，不斷向上游逆推堆積。

3 造成排冰的幾種情況

一是目前碌曲縣境內(nèi)已建成的4座電站均屬引水式電站，無(wú)調(diào)節(jié)庫(kù)容，多松多水電站是已建成的第四座水電站?，F(xiàn)在運(yùn)行中第一級(jí)是阿拉山電站庫(kù)區(qū)攔截上游河道冰凌，當(dāng)其庫(kù)區(qū)積冰向上游逆推3 km，急需排泄庫(kù)區(qū)積冰，下游電站聯(lián)合排冰。

二是多松多泄沖閘是潛孔門，氣溫過低弧門面板結(jié)冰，弧門與門楣和兩側(cè)閘墩結(jié)合部位凍結(jié)，不能靈活開啟關(guān)閉，遇有異常情況將無(wú)法開啟弧門泄水。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣溫在-15～-17℃，需要每隔2天排冰1次，對(duì)弧門迎水面結(jié)冰進(jìn)行清理鑿除；當(dāng)氣溫在-17℃以下，需要每天排冰，對(duì)弧門迎水面結(jié)冰進(jìn)行清理鑿除。

三是進(jìn)水口攔污柵冰塞。水電站冬季運(yùn)行，在正常氣溫情況下水中夾帶的冰花和冰屑可以通過攔污柵經(jīng)水輪機(jī)排往下游，但氣溫驟降，水溫很低時(shí)，沿著柵條會(huì)先結(jié)上一層結(jié)晶冰，縮小柵條之間的面積，使大量冰花堵塞攔污柵，造成電站的水頭損失[8]，影響過流，甚至產(chǎn)生冰塞[9]，封堵攔污柵，影響進(jìn)水。此時(shí)需要庫(kù)區(qū)排冰，開啟泄沖閘弧門，通過壓力泄水將攔污柵前積冰通過水力帶走。

4 冬季排冰運(yùn)行措施

多松多水電站2011年11月投入運(yùn)行，經(jīng)過9個(gè)冬季運(yùn)行期，形成了一整套冬季運(yùn)行措施，并提出“多頻次排冰，低水位運(yùn)行”[3]的冬季運(yùn)行模式。進(jìn)入冬季，氣溫下降低于-10℃時(shí)將溢流壩上疊梁門吊出，降低庫(kù)區(qū)水位至2 912.5 m以下運(yùn)行，起到了良好的作用。當(dāng)氣溫高于-16℃，保持水頭穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行，水中夾帶的冰花和冰屑可以從攔污柵通過，在小庫(kù)區(qū)和隧洞水流沖刷下融化，并經(jīng)水輪機(jī)組流向下游。當(dāng)氣溫低于-17℃時(shí)，開啟泄沖閘弧門水力排冰。

2019年12月，氣溫驟降至-17℃以下，庫(kù)區(qū)結(jié)冰和河道流冰增加，攔污柵冰塞嚴(yán)重，2日開始，碌曲境內(nèi)4座電站聯(lián)合排冰。排冰過程中發(fā)現(xiàn)攔污柵前積冰很難通過水力下泄拉走，必須由工作人員通過軟梯下到柵前冰面清理積冰，導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度大且有人身安全隱患。多松多樞紐布置3孔泄沖閘，后來通過試驗(yàn)調(diào)整#2、#3弧門開啟順序和時(shí)間，有效改善了排冰效果。

弧門開啟順序試驗(yàn)。上游大莊電站開啟弧門后30 min再分階段小開度開啟多松多#2弧門，每次弧門開度50 cm，持續(xù)10 min，開度達(dá)到3 m時(shí)注意庫(kù)區(qū)冰蓋動(dòng)態(tài)，這時(shí)導(dǎo)墻前段至泄洪閘之間范圍的冰蓋會(huì)逐步破損，保持此狀態(tài)，待此范圍冰蓋排空后開啟#3弧門，保持開度50 cm，觀察到庫(kù)區(qū)冰蓋整體移動(dòng)時(shí)立即關(guān)閉#3弧門，此時(shí)冰蓋撞擊進(jìn)水閘上游邊墩和巖石岸坡，將冰蓋擠碎。待冰蓋停止移動(dòng)后再次開啟#3弧門50 cm，讓冰蓋移動(dòng)并擠碎，如此反復(fù)將庫(kù)區(qū)冰蓋排空，用時(shí)約90 min。當(dāng)上游來水量小于20 m3/s時(shí)，水位下降較快，冰蓋不易排空，需要關(guān)閉全部泄沖閘門蓄水，時(shí)長(zhǎng)約30～40 min，水位達(dá)到2 912.5 m，重復(fù)泄洪閘門開啟操作，將庫(kù)區(qū)冰塊和岸坡積冰同時(shí)拉動(dòng)，逐步排空庫(kù)區(qū)冰蓋，一般此時(shí)上游西倉(cāng)電站庫(kù)區(qū)冰凌將到達(dá)多松多庫(kù)區(qū)，全開泄沖閘#2、#3弧門，水位在擋砂坎（高程2 909.0 m）以下自然下泄。需要注意的是在整個(gè)排冰過程中，#3弧門只能輔助啟閉，不能全開過流排冰，如果全開排冰將會(huì)使移動(dòng)的冰凌堆積在3孔攔污柵處，這種堆積相當(dāng)密實(shí)，能達(dá)到不滲水狀態(tài)，水力排冰對(duì)其毫無(wú)作用，只能派人下到柵前冰面人工清理，此工況勞動(dòng)強(qiáng)度大且有人身安全隱患，盡量避免此類情況發(fā)生。大莊水電站與多松多水電站排冰情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 大莊水電站與多松多水電站排冰情況統(tǒng)計(jì)

為了確保潛孔弧門冬季開啟正常，弧門需要配置加熱裝置。2019年多松多泄洪閘#3弧門作為高寒地區(qū)電加熱除冰科研項(xiàng)目，將原弧門煤爐加熱改造為發(fā)熱電纜加熱裝置（#2弧門繼續(xù)使用煤爐加熱），發(fā)熱電纜總功率為37 kW，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分5個(gè)加熱區(qū)，裝置為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)檔。通過2019年冬季運(yùn)行中調(diào)試，電纜發(fā)熱設(shè)定在80℃，開啟Ⅰ自動(dòng)加熱，Ⅱ備用，效果較好，只投入18.5 kW負(fù)荷，運(yùn)行時(shí)間按10 h/d計(jì)算，每天費(fèi)用約83元。#2弧門每天用煤330元，人工砸冰費(fèi)用100元。相比較而言，電加熱節(jié)約費(fèi)用，并對(duì)人身安全有保障。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過多松多水電站冬季運(yùn)行實(shí)踐，認(rèn)識(shí)到在寒冷地區(qū)小水電站運(yùn)行中要針對(duì)電站特點(diǎn)和自然條件不斷探索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升冬季發(fā)電效率。一是加強(qiáng)氣象觀察，嚴(yán)密監(jiān)視冰情。在運(yùn)行中不斷收集、調(diào)查研究電站區(qū)域的水文、氣象資料，尤其是冰情資料，河道流冰的多少和生成的早晚與氣溫高低、天氣好壞以及風(fēng)力大小密切相關(guān)。進(jìn)入冬季運(yùn)行，電站通過縣氣象部門獲悉當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，并在中國(guó)氣象網(wǎng)站查詢天氣預(yù)報(bào)，經(jīng)比照觀測(cè)，氣溫低于-17℃是最危險(xiǎn)的天氣。適時(shí)進(jìn)行分析研究，尋求適合于本電站合理的排冰方式。二是在各閘門和門槽設(shè)計(jì)或后期改造中應(yīng)考慮冬季寒冷氣候條件下的運(yùn)行工況，尤其是對(duì)潛孔閘的門楣和兩側(cè)閘墩部位增設(shè)加熱裝置。根據(jù)國(guó)家倡導(dǎo)使用清潔能源和節(jié)約費(fèi)用的需要，優(yōu)先采用電加熱裝置。三是重視排冰工作，建立健全規(guī)章制度。適時(shí)的排冰頻次是防止水庫(kù)封凍的基本措施[10]。編制詳細(xì)可行的冬季排冰運(yùn)行規(guī)程，培訓(xùn)崗位工作人員，有組織、有步驟地開展冬季運(yùn)行工作。四是冬季運(yùn)行前對(duì)水工建筑、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、電站備用電源、輸電線路及供電設(shè)備都應(yīng)進(jìn)行一次詳細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理，保證在冬季運(yùn)行中設(shè)備完好率。