蔡 平,皮永樺,楊 剛

(遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 遵義 563002)

1 工程概況

冉渡灘水庫(kù)為洪渡河干流規(guī)劃水資源利用開(kāi)發(fā)的第三級(jí)，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(wù)以供水(城鎮(zhèn)供水、工業(yè)園區(qū)供水、農(nóng)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(kù)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(wù)川縣城中心城區(qū)18萬(wàn)人和南部片區(qū)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)0.92萬(wàn)農(nóng)村人口及16.4萬(wàn)頭牲畜飲水、0.36萬(wàn)hm2耕地灌溉以及大坪、鎮(zhèn)南兩個(gè)工業(yè)園區(qū)共15.62 km2工業(yè)供水，年供水量為9120萬(wàn)m3/a；電站裝機(jī)(2×8+4) MW，多年平均發(fā)電量6880萬(wàn)kW·h，保證出力2320 kW，年利用小時(shí)3490 h。

2 優(yōu)化分析

2.1 生態(tài)流量及再利用

冉渡灘水庫(kù)工程供水部分規(guī)模及任務(wù)是按《務(wù)川縣城總體規(guī)劃(2011—2030)》和《務(wù)正道煤電鋁循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園總體規(guī)劃(2009—2030年)》及《務(wù)川縣大坪工業(yè)園區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2011—2030年)》的遠(yuǎn)期水平年2030年設(shè)計(jì)考慮的。至遠(yuǎn)期2030年設(shè)計(jì)供水能力9120萬(wàn)m3/a。其中，P=95%務(wù)川縣城中心城區(qū)供水量1240萬(wàn)m3/a、工業(yè)園區(qū)供水6470萬(wàn)m3/a，P=95%農(nóng)村人畜飲水供水 350萬(wàn)m3/a，P=80%農(nóng)灌供水1060萬(wàn)m3/a，水量利用率僅為12.8%(不含發(fā)電水量)；而河道內(nèi)水力發(fā)電用水4.70億m3/a，電站總裝機(jī)選擇為(2×8+1) MW(其中1 MW是生態(tài)機(jī)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(xiàng)目起漂點(diǎn)位于冉渡灘水庫(kù)發(fā)電廠房下游約1.1 km處，漂流河段長(zhǎng)約5.5 km，根據(jù)與漂流公司協(xié)議，漂流活動(dòng)在每年6—10月，開(kāi)漂最小流量為5.00～6.00 m3/s；另依據(jù)貴州省水利廳關(guān)于《冉渡灘水庫(kù)工程水資源論證報(bào)告書(shū)》的審批水庫(kù)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(yùn)營(yíng)需水要求，應(yīng)在夏季洪渡河漂流運(yùn)營(yíng)時(shí)段下放最小流量為5.00 m3/s，其余時(shí)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(kù)為不完全年調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)能力有限，而水庫(kù)工程建設(shè)的主要任務(wù)是供水和灌溉用水，經(jīng)水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)分析計(jì)算，為了保障務(wù)川縣城、工業(yè)園區(qū)供水及農(nóng)業(yè)灌溉用水，確定當(dāng)庫(kù)水位低于730.00 m時(shí)或遭遇特枯來(lái)水年份時(shí)，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(shí)間內(nèi)電站處于停機(jī)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(jié)合水庫(kù)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(jīng)不同裝機(jī)容量組合從水資源利用較充分、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(kù)電站裝機(jī)容量為(2×8+1) MW，其中1 MW是利用生態(tài)流量發(fā)電機(jī)組。

2.2 優(yōu)化調(diào)整水庫(kù)運(yùn)行初期下放生態(tài)流量及電站生態(tài)機(jī)組

(1)優(yōu)化調(diào)整緣由。鑒于冉渡灘水庫(kù)工程總體投資較大，結(jié)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(shè)情況，建設(shè)采取分期實(shí)施方案，而最大工業(yè)用水的鎮(zhèn)南“務(wù)正道煤電鋁工業(yè)園”屬二期實(shí)施項(xiàng)目，仍在同期進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)，待工業(yè)園區(qū)建成投入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)仍有一定時(shí)期，為了充分利用水庫(kù)蓄水后的水能資源，在滿足供水及灌溉的前提下，將水庫(kù)運(yùn)行初期剩余水量用來(lái)作水力發(fā)電，提高水能資源再利用[3]，發(fā)揮工程項(xiàng)目最大效益，合理優(yōu)化和調(diào)整下放生態(tài)流量及電站生態(tài)裝機(jī)容量是非常必要的[4]。

(2)優(yōu)化調(diào)整水庫(kù)運(yùn)行初期下放生態(tài)流量及電站生態(tài)機(jī)組方案論證分析與比較。為了充分利用水庫(kù)蓄水后的水能資源用來(lái)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(yùn)營(yíng)需水要求，結(jié)合電站布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足供水及灌溉的前提下，將水庫(kù)運(yùn)行初期適度增大下放生態(tài)流量及電站生態(tài)機(jī)組裝機(jī)容量，提升了電站發(fā)電效益。

冉渡灘水庫(kù)工程電站設(shè)計(jì)保證率為80%，經(jīng)優(yōu)化調(diào)整生態(tài)機(jī)組裝機(jī)容量為4 MW后與原審批裝機(jī)容量為1 MW作水利調(diào)節(jié)復(fù)核計(jì)算和經(jīng)濟(jì)技術(shù)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(jī)組優(yōu)化調(diào)整方案水能及投資指標(biāo)成果比較情況

經(jīng)投資和效益綜合比選后，生態(tài)機(jī)組裝機(jī)由1 MW調(diào)整至4 MW時(shí)，雖然電站投資增加392.16萬(wàn)元，但電站多年平均發(fā)電量增加了 830萬(wàn)kW·h，年平均效益增加了228.25萬(wàn)元。從水資源利用較充分、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(jī)組裝機(jī)容量可增至4 MW是可行的。

2.3 水利調(diào)節(jié)復(fù)核計(jì)算

根據(jù)初步設(shè)計(jì)審批確定的水庫(kù)特征水位及庫(kù)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(kù)容4490萬(wàn)m3，死庫(kù)容1660萬(wàn)m3，興利庫(kù)容2830萬(wàn)m3)進(jìn)行水利調(diào)節(jié)復(fù)核計(jì)算。考慮到本水庫(kù)庫(kù)容系數(shù)4.03%較小，屬不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)，采用典型年法進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，計(jì)算時(shí)段為旬。入庫(kù)水量為初設(shè)階段審批確定的冉渡灘水庫(kù)歷年逐月(旬)設(shè)計(jì)入庫(kù)徑流過(guò)程和各典型年成果表。由于最大工業(yè)用水的鎮(zhèn)南“務(wù)正道煤電鋁工業(yè)園”屬二期實(shí)施項(xiàng)目，仍在同期進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)，待務(wù)正道煤電鋁工業(yè)園建成投產(chǎn)前，冉渡灘水庫(kù)供水量按4850萬(wàn)m3/a考慮，其中：P=95%務(wù)川縣城中心城區(qū)供水量 1240萬(wàn)m3/a、工業(yè)園區(qū)供水2200萬(wàn)m3/a(主要向大坪工業(yè)園區(qū)供水)，P=95%農(nóng)村人畜飲水供水350萬(wàn)m3/a，P=80%農(nóng)灌供水1060萬(wàn)m3/a。

農(nóng)田灌溉用水根據(jù)灌溉需水量確定，當(dāng)保證率小于等于P=80%時(shí)，用水量等于需水量；而當(dāng)保證率大于P=80%，用水量按當(dāng)年來(lái)水量除以P=80%來(lái)水量再乘以P=80%需水量計(jì)算。水庫(kù)蒸發(fā)、滲漏損失按正常蓄水位庫(kù)容的10%計(jì)并平均分配至月，共計(jì)449萬(wàn)m3/a。根據(jù)《遵義市冉渡灘水庫(kù)水資源論證報(bào)告》及其批復(fù)《省水利廳關(guān)于冉渡灘水庫(kù)工程水資源論證報(bào)告書(shū)的批復(fù)》，明確的水資源保護(hù)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(dòng)在每年6—10月，開(kāi)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(jī)組裝機(jī)優(yōu)化調(diào)整為4 MW后，電站總裝機(jī)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(yùn)營(yíng)及生態(tài)用水，在電站主機(jī)停機(jī)檢修期間，需利用生態(tài)機(jī)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(jī)停機(jī)及檢修時(shí)段，需利用生態(tài)機(jī)組下放最小生態(tài)水量為2.26 m3/s。根據(jù)冉渡灘水庫(kù)征水位及庫(kù)容和各典型年月(旬)過(guò)程作水利動(dòng)能調(diào)節(jié)[5]計(jì)算，調(diào)節(jié)計(jì)算成果如表2。

表2 冉渡灘水庫(kù)運(yùn)行初期水利調(diào)節(jié)計(jì)算成果

在水庫(kù)初期運(yùn)行時(shí)，務(wù)正道煤電鋁工業(yè)園供水(屬二期實(shí)施項(xiàng)目)未完成投產(chǎn)之前，經(jīng)水利調(diào)節(jié)復(fù)核計(jì)算，多年平均供水量為4720萬(wàn)m3，較“初設(shè)”供水成果8990萬(wàn)m3少4270萬(wàn)m3，為了充分利用向務(wù)正道煤電鋁工業(yè)園的供水水量發(fā)電，將生態(tài)機(jī)組裝機(jī)調(diào)整為4 MW后，電站總裝機(jī)容量為(2×8+4) MW，多年平均發(fā)電6880萬(wàn)kW·h，較“初設(shè)”設(shè)計(jì)發(fā)電量6050萬(wàn)kW·h增加發(fā)電量830萬(wàn)kW·h。

2.4 生態(tài)放水措施

根據(jù)水庫(kù)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(jī)組采取獨(dú)立單根引水，并在廠房?jī)?nèi)增設(shè)生態(tài)機(jī)組發(fā)電，發(fā)電尾水經(jīng)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(jī)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(nèi)穿管、再沿岸坡引至下游發(fā)電廠房。生態(tài)機(jī)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(zhǎng)125.774 m，其中取水口段長(zhǎng)11.700 m，分別設(shè)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(shè)備；壓力管道長(zhǎng)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(zhuǎn)彎處設(shè)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(cè)。

主廠房為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)層地面高程683.18 m(立式機(jī)組)，安裝間高程 699.70 m，水輪機(jī)層高程678.00 m(水輪機(jī)安裝均為676.00 m)。主廠房平面尺寸(長(zhǎng)×寬)42.65 m×14.00 m，主廠房?jī)?nèi)安裝2臺(tái)8 MW的立式水輪發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)4 MW立式水輪發(fā)電機(jī)(生態(tài)機(jī)組布置在左側(cè)靠近河床端)，機(jī)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(cè)布置，為四層框混結(jié)構(gòu)，副廠房平面尺寸(長(zhǎng)×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(cè)，為2層框架結(jié)構(gòu)，升壓站平面尺寸長(zhǎng)×寬為12.06 m×8.50 m。地面高程為699.70 m。

3 結(jié) 論

經(jīng)水庫(kù)建成后運(yùn)行初期水利調(diào)節(jié)復(fù)核計(jì)算，將電站生態(tài)機(jī)組裝機(jī)由初設(shè)審批裝機(jī)1 MW優(yōu)化調(diào)整為4 MW時(shí)，雖然電站一次性投資增加392.16萬(wàn)元，但電站年平均發(fā)電量增加了830萬(wàn)kW·h，年平均效益增加了228.25萬(wàn)元，生態(tài)機(jī)組運(yùn)行2～3 a即可收回成本。從水資源利用較充分、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(kù)電站生態(tài)機(jī)組裝機(jī)容量增至4 MW是可行的。待本工程二期項(xiàng)目鎮(zhèn)南“務(wù)正道煤電鋁”工業(yè)園區(qū)建成投入運(yùn)營(yíng)后，就按原審批工程任務(wù)及規(guī)模進(jìn)行供水和水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度。