蔡 平,皮永樺,楊 剛

(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563002)

1 工程概況

冉渡灘水庫為洪渡河干流規(guī)劃水資源利用開發(fā)的第三級，壩址以上流域面積997 km2，多年平均徑流量7.03億m3，多年平均流量22.3 m3/s。工程主要任務以供水(城鎮(zhèn)供水、工業(yè)園區(qū)供水、農村人畜飲水)和灌溉用水，兼顧水力發(fā)電和下游洪渡河漂流[1]，工程由水庫樞紐(含水電站)、城鎮(zhèn)和工業(yè)園區(qū)及灌溉輸水系統(tǒng)組成，解決務川縣城中心城區(qū)18萬人和南部片區(qū)5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)0.92萬農村人口及16.4萬頭牲畜飲水、0.36萬hm2耕地灌溉以及大坪、鎮(zhèn)南兩個工業(yè)園區(qū)共15.62 km2工業(yè)供水，年供水量為9120萬m3/a；電站裝機(2×8+4) MW，多年平均發(fā)電量6880萬kW·h，保證出力2320 kW，年利用小時3490 h。

2 優(yōu)化分析

2.1 生態(tài)流量及再利用

冉渡灘水庫工程供水部分規(guī)模及任務是按《務川縣城總體規(guī)劃(2011—2030)》和《務正道煤電鋁循環(huán)經濟工業(yè)園總體規(guī)劃(2009—2030年)》及《務川縣大坪工業(yè)園區(qū)產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2011—2030年)》的遠期水平年2030年設計考慮的。至遠期2030年設計供水能力9120萬m3/a。其中，P=95%務川縣城中心城區(qū)供水量1240萬m3/a、工業(yè)園區(qū)供水6470萬m3/a，P=95%農村人畜飲水供水 350萬m3/a，P=80%農灌供水1060萬m3/a，水量利用率僅為12.8%(不含發(fā)電水量)；而河道內水力發(fā)電用水4.70億m3/a，電站總裝機選擇為(2×8+1) MW(其中1 MW是生態(tài)機組發(fā)電)。

(1)下游河道生態(tài)環(huán)境及夏季洪渡河漂流需水。由于洪渡河漂流項目起漂點位于冉渡灘水庫發(fā)電廠房下游約1.1 km處，漂流河段長約5.5 km，根據(jù)與漂流公司協(xié)議，漂流活動在每年6—10月，開漂最小流量為5.00～6.00 m3/s；另依據(jù)貴州省水利廳關于《冉渡灘水庫工程水資源論證報告書》的審批水庫下放生態(tài)流量為2.26 m3/s。故為了確保下游河道生態(tài)環(huán)境及夏季洪渡河漂流運營需水要求，應在夏季洪渡河漂流運營時段下放最小流量為5.00 m3/s，其余時段需下放最小生態(tài)需水量為2.26 m3/s。

(2)生態(tài)流量再利用。冉渡灘水庫為不完全年調節(jié)，調節(jié)能力有限，而水庫工程建設的主要任務是供水和灌溉用水，經水庫徑流調節(jié)分析計算，為了保障務川縣城、工業(yè)園區(qū)供水及農業(yè)灌溉用水，確定當庫水位低于730.00 m時或遭遇特枯來水年份時，需限制水力發(fā)電。因此除了豐水期可連續(xù)發(fā)電外，枯水期的大多時間內電站處于停機狀態(tài)，但在此期間必須向下游河道下放最小生態(tài)流量，結合水庫樞紐建筑物及電站(壩后式)的布置情況，為了充分利用下放生態(tài)流量的水能資源[2]，經不同裝機容量組合從水資源利用較充分、技術經濟指標較優(yōu)且與上、下游規(guī)劃電站發(fā)電流量基本匹配等多方面考慮后，擬定冉渡灘水庫電站裝機容量為(2×8+1) MW，其中1 MW是利用生態(tài)流量發(fā)電機組。

2.2 優(yōu)化調整水庫運行初期下放生態(tài)流量及電站生態(tài)機組

(1)優(yōu)化調整緣由。鑒于冉渡灘水庫工程總體投資較大，結合大坪工業(yè)園區(qū)、鎮(zhèn)南工業(yè)園區(qū)發(fā)展規(guī)劃及建設情況，建設采取分期實施方案，而最大工業(yè)用水的鎮(zhèn)南“務正道煤電鋁工業(yè)園”屬二期實施項目，仍在同期進行基礎建設，待工業(yè)園區(qū)建成投入生產運營仍有一定時期，為了充分利用水庫蓄水后的水能資源，在滿足供水及灌溉的前提下，將水庫運行初期剩余水量用來作水力發(fā)電，提高水能資源再利用[3]，發(fā)揮工程項目最大效益，合理優(yōu)化和調整下放生態(tài)流量及電站生態(tài)裝機容量是非常必要的[4]。

(2)優(yōu)化調整水庫運行初期下放生態(tài)流量及電站生態(tài)機組方案論證分析與比較。為了充分利用水庫蓄水后的水能資源用來發(fā)電，依據(jù)下游河道生態(tài)環(huán)境用水及夏季洪渡河漂流運營需水要求，結合電站布置及結構設計，在滿足供水及灌溉的前提下，將水庫運行初期適度增大下放生態(tài)流量及電站生態(tài)機組裝機容量，提升了電站發(fā)電效益。

冉渡灘水庫工程電站設計保證率為80%，經優(yōu)化調整生態(tài)機組裝機容量為4 MW后與原審批裝機容量為1 MW作水利調節(jié)復核計算和經濟技術方案綜合分析比較，具體分析成果和比較如表1。

表1 電站生態(tài)機組優(yōu)化調整方案水能及投資指標成果比較情況

經投資和效益綜合比選后，生態(tài)機組裝機由1 MW調整至4 MW時，雖然電站投資增加392.16萬元，但電站多年平均發(fā)電量增加了 830萬kW·h，年平均效益增加了228.25萬元。從水資源利用較充分、技術經濟指標較優(yōu)且與上、下游規(guī)劃電站發(fā)電流量基本匹配等多方面綜合考慮，確定將冉渡灘水電站生態(tài)機組裝機容量可增至4 MW是可行的。

2.3 水利調節(jié)復核計算

根據(jù)初步設計審批確定的水庫特征水位及庫容(正常蓄水位738.00 m，發(fā)電限制水位730.00 m，死水位724.00 m，正常蓄水位庫容4490萬m3，死庫容1660萬m3，興利庫容2830萬m3)進行水利調節(jié)復核計算?？紤]到本水庫庫容系數(shù)4.03%較小，屬不完全年調節(jié)水庫，采用典型年法進行調節(jié)計算，計算時段為旬。入庫水量為初設階段審批確定的冉渡灘水庫歷年逐月(旬)設計入庫徑流過程和各典型年成果表。由于最大工業(yè)用水的鎮(zhèn)南“務正道煤電鋁工業(yè)園”屬二期實施項目，仍在同期進行基礎建設，待務正道煤電鋁工業(yè)園建成投產前，冉渡灘水庫供水量按4850萬m3/a考慮，其中：P=95%務川縣城中心城區(qū)供水量 1240萬m3/a、工業(yè)園區(qū)供水2200萬m3/a(主要向大坪工業(yè)園區(qū)供水)，P=95%農村人畜飲水供水350萬m3/a，P=80%農灌供水1060萬m3/a。

農田灌溉用水根據(jù)灌溉需水量確定，當保證率小于等于P=80%時，用水量等于需水量；而當保證率大于P=80%，用水量按當年來水量除以P=80%來水量再乘以P=80%需水量計算。水庫蒸發(fā)、滲漏損失按正常蓄水位庫容的10%計并平均分配至月，共計449萬m3/a。根據(jù)《遵義市冉渡灘水庫水資源論證報告》及其批復《省水利廳關于冉渡灘水庫工程水資源論證報告書的批復》，明確的水資源保護措施中下放生態(tài)流量為2.26 m3/s；另根據(jù)與漂流公司協(xié)議，漂流活動在每年6—10月，開漂最小流量為5～6 m3/s。

由于電站為壩后式水電站，考慮將生態(tài)機組裝機優(yōu)化調整為4 MW后，電站總裝機主(2×8+4) MW，發(fā)電流量變幅范圍8.49～33.30 m3/s。汛期(5—10月)為保證下游洪渡河漂流運營及生態(tài)用水，在電站主機停機檢修期間，需利用生態(tài)機組下放最小流量為5.0 m3/s；在枯季(11月—次年4月)電站主機停機及檢修時段，需利用生態(tài)機組下放最小生態(tài)水量為2.26 m3/s。根據(jù)冉渡灘水庫征水位及庫容和各典型年月(旬)過程作水利動能調節(jié)[5]計算，調節(jié)計算成果如表2。

表2 冉渡灘水庫運行初期水利調節(jié)計算成果

在水庫初期運行時，務正道煤電鋁工業(yè)園供水(屬二期實施項目)未完成投產之前，經水利調節(jié)復核計算，多年平均供水量為4720萬m3，較“初設”供水成果8990萬m3少4270萬m3，為了充分利用向務正道煤電鋁工業(yè)園的供水水量發(fā)電，將生態(tài)機組裝機調整為4 MW后，電站總裝機容量為(2×8+4) MW，多年平均發(fā)電6880萬kW·h，較“初設”設計發(fā)電量6050萬kW·h增加發(fā)電量830萬kW·h。

2.4 生態(tài)放水措施

根據(jù)水庫樞紐及電站布置情況，由于電站為壩后式，為了確保生態(tài)流量的下放，將生態(tài)機組采取獨立單根引水，并在廠房內增設生態(tài)機組發(fā)電，發(fā)電尾水經尾水渠排入洪渡河，解決下游生態(tài)環(huán)境用水及洪渡河漂流。

(1)引水系統(tǒng)。生態(tài)機組發(fā)電引水建筑物布置于大壩右岸，采取壩前塔式取水、壩內穿管、再沿岸坡引至下游發(fā)電廠房。生態(tài)機組最大引水流量8.49 m3/s，引水系統(tǒng)由取水口、壓力管道組成，總長125.774 m，其中取水口段長11.700 m，分別設1道1.8 m×9.5 m攔污柵和1道1.8 m×1.8 m事故檢修閘門及啟閉設備；壓力管道長114.074 m，為DN1750鋼管(鋼材采用Q345R，壁厚為14 mm)，鋼管采用0.60 m厚C20混凝土外包襯砌，并轉彎處設C20鋼筋混凝土鎮(zhèn)墩。

(2)發(fā)電廠房布置。發(fā)電廠房位于大壩右壩段下游，為壩后地面式廠房。主廠房垂直壓力管線及河床布置，副廠房靠主廠房后平行布置，升壓站緊靠副廠房布置于主廠房安裝間后側。

主廠房為鋼筋混凝土排架結構，發(fā)電機層地面高程683.18 m(立式機組)，安裝間高程 699.70 m，水輪機層高程678.00 m(水輪機安裝均為676.00 m)。主廠房平面尺寸(長×寬)42.65 m×14.00 m，主廠房內安裝2臺8 MW的立式水輪發(fā)電機組和1臺4 MW立式水輪發(fā)電機(生態(tài)機組布置在左側靠近河床端)，機組間距分別為8.5 m和8.0 m、行車軌距12 m；副廠房緊靠主廠房后側布置，為四層框混結構，副廠房平面尺寸(長×寬)為28.87 m×6.74 m。升壓站布置在主廠房上游、副廠房的右側，為2層框架結構，升壓站平面尺寸長×寬為12.06 m×8.50 m。地面高程為699.70 m。

3 結 論

經水庫建成后運行初期水利調節(jié)復核計算，將電站生態(tài)機組裝機由初設審批裝機1 MW優(yōu)化調整為4 MW時，雖然電站一次性投資增加392.16萬元，但電站年平均發(fā)電量增加了830萬kW·h，年平均效益增加了228.25萬元，生態(tài)機組運行2～3 a即可收回成本。從水資源利用較充分、技術經濟指標較優(yōu)且與上、下游規(guī)劃電站發(fā)電流量基本匹配等多方面綜合考慮，冉渡灘水庫電站生態(tài)機組裝機容量增至4 MW是可行的。待本工程二期項目鎮(zhèn)南“務正道煤電鋁”工業(yè)園區(qū)建成投入運營后，就按原審批工程任務及規(guī)模進行供水和水庫運行調度。