关于房县九道梁河老渡口水电站工程开发方案的研究

(中工武大设计研究有限公司，武汉 430072)

九道梁河位于湖北省房县西南部，是汉江水系堵河流域的支流。九道梁河发源于神农架林区，河流由南向北，流经神农架、房县，与洪坪河汇合后汇入官渡河，经竹山两河口与泗河汇合后称堵河。九道梁河上游老渡口两河交汇处以上流域面积621.3km2。其中，左支洛阳河为主流，河长35.7km，流域面积339.4km2;右支为阴峪河，河长31.4km，流域面积281.9km2。

由于工程地处鄂西北山区，坝址上游河段两岸陡峻，工农业发展滞后，用水量有限。根据流域规划，老渡口水电站工程的开发任务以发电为主，兼顾流域内社会经济的发展，防洪，农业、生活和生态用水需求。

1 工程基本情况

1.1 前期规划

按照2010年房县水利水电勘测设计院编制完成的《房县阴峪河流域规划修编报告》 (已批复)，老渡口电站 (30MW)在阴峪河和洛阳河分别建库，正常蓄水位均为590.00m，分别与上游的瓦房坪电站和支流洛阳河鸡鸣口电站的尾水衔接，老渡口电站尾水与龙背湾正常蓄水位520.00m衔接。

1.2 流域水能梯级概况

九道梁河上游为神农架自然保护区，山高坡陡人稀，植被条件很好，人类活动影响极小。九道梁河河谷断面多呈“V”和“U”形，属山区型河流。流域内山高坡陡、河谷狭窄，两岸耕地主要集中在流域下游，人口大多积聚在半山腰，九道梁河在房县九道乡境内的流域面积为251.96km2，房县境内九道梁河河道天然落差235m。右支阴峪河流域共规划两级电站:瓦房坪电站和老渡口电站。瓦房坪电站一期工程已建成，瓦房坪电站二期工程在建，与一期工程共用一个厂房。老渡口电站尚未开发，规划在阴峪河老渡口和洛阳河鸡鸣口分别建坝引水发电。左支洛阳河流域(房县段)共规划两级电站，一级为鸡鸣口水电站，引洛阳河支流阮溪河水发电，已投产;二级为老渡口电站，洛阳河鸡鸣口坝址正常蓄水位590m，接鸡鸣口电站尾水。

1.3 工程地质

工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度，库区处地质情况如下:

a.阴峪河。库区地形地貌属构造侵蚀中低山区，河谷较狭窄，水库回水区分布岩性为寒武系中、下统地层。

b.洛阳河。为峡谷型水库，库区河流流向与区域构造线近于垂直。库内出露寒武系下统泥质条带灰岩、白云岩。

库区均不具备向邻谷渗漏的地质条件，且由于水库蓄水不深，对邻谷渗漏和岸坡稳定无重大影响。

1.4 工程概况

老渡口水电站设计总装机容量25MW，年发电量7515万kW·h，年利用小时数3006h，工程等别为Ⅳ等，工程规模为小 (1)型，主要建筑物等级为4级，次要建筑物等级为5级。拦河坝及泄洪系统的设计洪水标准取30年一遇，校核洪水标准取200年一遇，消能防冲建筑物的洪水标准取20年一遇。

目前，房县已建水电站以径流式居多，缺乏装机容量大的调峰电站，用电高峰期电力缺口大。老渡口水电站工程具有一定的调峰库容，且单机容量较大，电站投入运行后，将在一定程度上缓解区域电力紧张局面。

2 开发方案的确定

为最大限度地发挥老渡口电站的工程效益，使工程投资省、技术经济指标优越、电能质量好，开发方案的确定主要通过梯级开发方案、洛阳河至阴峪河引水流量、正常蓄水位和装机容量等内容进行比选。

2.1 梯级开发方案比选

老渡口电站的梯级开发方式如下:

a.“两库”方案。根据前期规划报告，老渡口电站的开发方式为在阴峪河和洛阳河分别建库，主要建筑物由鸡鸣口引水枢纽、老渡口水库及老渡口电站组成。

b.“一库”方案。经现场踏勘研究，提出在九道梁河干流上建库，可以形成一个调节性能较好的水库。该方案虽然移民工程量较大，但水库集水面积大、调节性能好，在发电效益上具有一定的优势，其主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、溢洪道、冲沙放空洞、发电引水建筑物等。两种梯级开发方案的经济计算成果见表1。

表1 梯级开发方案比选经济计算成果

从表1可知，“一库”方案相比“两库”方案，装机容量增加了2000kW，保证出力提高至3880kW，年增加发电量605万kW·h，增幅为8.05%。虽然取得了一定的经济效益，但投资大幅增加，差额单位电能投资达18.60元，差额内部收益率小于0，因此原规划提出的“两库”开发方案更为经济合理。因此，该工程的梯级开发方案选取“两库”方案。

2.2 洛阳河至阴峪河引水流量方案比选

根据选取的梯级开发方式，在阴峪河老渡口和洛阳河鸡鸣口分别建坝，鸡鸣口库容较小，作为引水枢纽，将洛阳河流域的水引入阴峪河，再引入下游电站厂房发电。洛阳河流域的水量经过引水隧洞引至阴峪河老渡口坝址，经水库调蓄后再引入电站发电。因此洛阳河至阴峪河隧洞的引水能力与水资源利用率和电站发电效益密切相关。引水流量越大、弃水越少，发电效益越好，但隧洞投资越大，考虑到洛阳河坝址处多年平均流量为8.0m3/s、拟定15m3/s、18m3/s和21m3/s三种引水方案，对隧洞的引流流量进行比选。不同方案引水流量的经济计算成果见表2。

表2 引水流量方案比选经济计算成果

从表2可知，随着引水流量的增大，年发电量和水资源利用率都呈上升趋势。引水流量从15 m3/s增加到18m3/s时，年增加电量为70万kW·h，差额投资为220万元，差额单位电能投资为3.14元，差额内部收益率为10.32%，大于8%，经济效益较好。引水流量从18 m3/s增加到21m3/s时，年增加电量仅为30万kW·h，差额投资达256万元，差额单位电能投资为8.53元，差额内部收益率仅为1.54%，小于8%，因此选取洛阳河至阴峪河引水流量为18m3/s。

2.3 正常蓄水位方案比选

从提供调峰容量、改善系统电能质量和稳定电网运行的角度看，水库的调节库容越大越有利，正常蓄水位越高越好，但抬高正常蓄水位会增加淹没损失、工程量及工程投资。从水能资源利用的角度看，老渡口水库和鸡鸣口引水枢纽应与上一梯级——瓦房坪电站和鸡鸣口电站尾水相衔接，且不影响其厂房防洪。

2.3.1 老渡口水库正常蓄水位方案

考虑流域规划的相关内容，从水能利用的角度上讲，老渡口水库的正常蓄水位应为590.00m，与上游瓦房坪电站和阴峪河电站相接，但实际上已建的瓦房坪电站一期和阴峪河电站的现状场平高程较低，维持原流域规划590.00m的正常蓄水位会淹没阴峪河电站的生活区，并且对瓦房坪电站厂房的防洪也造成一定的影响，因此正常蓄水位拟定586m、588m两个比选方案，并进行经济指标计算，计算成果见表3。

2.3.2 鸡鸣口引水枢纽正常蓄水位方案

鸡鸣口库容较小，主要是作为引水枢纽，将洛阳河的水量引至阴峪河老渡口水库。根据前期规划，鸡鸣口引水枢纽正常蓄水位为590.00m，与上一级鸡鸣口电站的尾水位590.25m相衔接。因此正常蓄水位拟定590.00m、591.00m两个比选方案，并进行经济指标计算，计算成果见表3。

表3 老渡口水库正常蓄水位方案指标比选

由表3可知，从电站自身能量指标衡量看，正常蓄水位选用高水位方案更有利，考虑上述方案对上游电站的正常运行和防洪安全没有影响，因此分别选择经济指标较优的588.00m、591.00m作为老渡口水库和鸡鸣口引水枢纽的正常蓄水位。

2.4 装机容量方案比选

老渡口水库调节库容318万 m3，库容系数1.08%，具有日调节性能，其供电范围为十堰市电网。原流域规划推荐老渡口电站装机30MW，但坪堑调水工程的实施，使九道梁河流域的水量较天然情况下减少约15%，以致电站装机无法达到30MW，考虑到老渡口水库有一定的调节库容，电站装机利用小时数可适当降低，因此装机容量拟定23MW、25MW和27MW三个比选方案。各装机方案均选择2台容量相同的机组，各方案间投资的差异主要是由于水轮机直径和单机容量的变化，引起引水管线系统和机组投资上略有不同，但差异不大，经济指标计算成果见表4。

表4 各装机容量方案经济指标对比

由表4可知，装机容量从23MW增至25MW时，差额内部收益率为8.55%，大于8%，各项经济指标较优;而从25MW增至27MW时，差额内部收益率为2.22%，小于8%，在经济上是不合理的。因此装机容量选定为25MW。

3 工程总布置及主要建筑物

根据开发方案比选的结果，进一步通过坝址、坝型比选，确定老渡口水电站工程主要由鸡鸣口引水枢纽、老渡口水库及老渡口电站组成，工程总布置如下:

a.鸡鸣口引水枢纽位于洛阳河鸡鸣口电站上游200m处，枢纽工程包含鸡鸣口拦河坝、无压引水隧洞及鸡鸣口电站尾水引水渠道。鸡鸣口拦河坝采用自密实块石混凝土单曲拱坝，挡水坝段坝顶高程为597.60m，引水枢纽正常蓄水位591.00m，校核 洪水位597.46m，设计引用流量18.0m3/s。引水建筑物由右岸进水口、右岸无压引水隧洞 (全长4782m)及左岸引水明渠等组成。

b.老渡口水库位于阴峪河与洛阳河汇合口上游440m处，由双曲拱坝、电站压力引水系统组成，碾压混凝土双曲拱坝，最大坝高69.0m，发电引水建筑物从老渡口水库引水至电站厂房，设计引用流量46.8m3/s，有压引水隧洞从拱坝上游阴峪河右岸引水，通过钢管桥跨越九道梁河，从九道梁河左岸至调压室，洞线基本沿直线布置，采用一洞两机供水方式，全长2920m。厂房布置在阴峪河与洛阳河交汇处下游约3.6km处的九道梁河左岸河漫滩处。

4 结语

a.本文对老渡口水电站工程的基本情况作了简要介绍，确定了老渡口电站的开发方案，为进一步研究确定工程总布置，最大程度地节省工程投资、增加水电站发电效益奠定基础。

b.本文在开发方案的确定上，通过深入研究、经济指标计算，对梯级开发方案、引水流量、正常蓄水位、装机容量进行了方案比选，为工程下一阶段的设计工作提供依据，为业主和主管单位的决策提供了客观的判断依据。

c.经测算，工程静态总投资为21869.40万元，单位千瓦投资为8748元/kW，单位电能投资为2.91元/(kW·h)，在上网电价为0.36元/(kW·h)时，经济评价指标和财务评价指标优良，说明工程对国民经济和投资方都是有利的。