蒲石河抽水蓄能电站下水库排沙方案研究

张红侠，臧岩峰来洪涛

（1.吉林省水利水电工程局，吉林长春130012；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林 长春 130021）

1 排沙方案研究

蒲石河电站建成后，如长期采用维持正常高不变的运行方式，下水库的泥沙淤积严重，对电站的正常运行产生很大影响，因此，如何减小下水库泥沙淤积是关系到蒲石河电站长期安全运行的十分重要的问题。

在电站既定的工程措施条件下，减小水库泥沙淤积可以通过两个途径：一是在水库上游开展水土保持措施，改善流域产沙条件，减少入库沙量；二是通过水库合理的调度运行方式，改善水流和泥沙的协调性，尽可能多的将入库泥沙排出库外，同时调整泥沙在库区的淤积分布，使泥沙更多的淤积在死库容以下。开展水土保持措施工程量和投资额度大、维护管理难度大，电站难以承受其巨大成本。因此，如何寻求一套效果好的排沙运行方案，通过非工程措施解决下水库有效库容淤积损失问题，为这次研究的重点。

2 排沙运行方案拟定

2.1 排沙运行条件分析

1）蒲石河流域泥沙主要由暴雨侵蚀地表所致，沙量集中，主要分布在几场大洪水过程中的几天内，其余绝大部分时间水流含沙量很小；流域输沙过程与洪水过程相应，含沙量过程与流量过程形状基本一致，沙峰出现时间与洪峰出现时间对应关系好，具备通过洪水调节达到调节泥沙的优良条件。

2）下水库设有7孔泄洪排沙闸，电站校核洪水标准洪峰流量为12 400 m3/s，校核洪水位时最大泄量为12 400 m3/s，泄流设备泄洪能力很大，满足大坝自身安全运行的要求，从而为水库灵活的排沙调度运行方式创造了条件。

3）蒲石河抽水蓄能电站不承担供水和下游防洪任务，下水库调节库容为1 255×104m3，多年平均入库水量为7.25×108m3，库容系数仅为0.017，汛期降低水位运行后，具备很快蓄水，并恢复到高水位运行的条件，对电站效益影响很小。

4）下水库坝址以上流域已建有完善的水情自动测报系统，并配有降雨径流和新安江模型洪水预报方案，可及时、准确的掌握入库洪水情况，为汛期大洪水来临时降低库水位进行泄洪排沙提供了可能。

综合以上条件分析，下水库宜采用非汛期抬高运行水位、汛期降低运行水位的“蓄清排浑”排沙运行方式。

2.2 排沙运行方案拟定

蒲石河抽水蓄能电站下水库泥沙调度以保持调节库容为主要目标，根据流域水沙特性、水库形态和调节性能等分析，采用按分级流量控制库水位调度泥沙方式，即按入库流量大小分级调度库水位，入库流量小于分级流量时，水库水位抬高到排沙水位以上直至正常蓄水位运行，让泥沙在死库容内淤积；当入库流量大于分级流量时，水库水位控制在排沙水位运行，将本时段入库泥沙和前期淤积在死库容内的部分淤积物排出库外。

按分级流量控制库水位调度泥沙，需在合理利用汛期大洪水冲沙，又尽可能不影响水库正常发电调度的条件下，合理制定排沙水位及分级流量。

1）排沙水位。蒲石河抽水蓄能电站，电站最大抽水流量388.2 m3/s，在降低水位运行期间只要保证电站抽水运行时期入库流量，大于抽水流量即可满足电站正常运行。考虑下水库正常蓄水位66.0 m，死水位62.0 m，正常蓄水位至死水位的变幅仅4.0 m，为提高排沙运行效果，通过砬子沟站实测洪水资料分析，排沙水位选择死水位62.0 m合理可行，因此排沙水位选择62.0 m。

2）分级流量。该流域沙量集中，主要分布在几场大洪水过程中的几天内，且输沙过程与洪水过程相应，其余绝大部分时间水流含沙量很小。在中小水期间降低库水位运行意义不大且有可能影响电站正常运行。根据砬子沟站实测洪水资料分析，平均发生超过500 m3/s的洪水场次，约为每年2次，入库流量大于500 m3/s时，满足电站在排沙水位按最大抽水流量运行要求,考虑能合理利用汛期大水冲沙条件，又不影响水库正常发电调度，这次分级流量选择500 m3/s。

3）非排沙运行期间水位。下水库考虑冬季结冰库容损失问题，在正常蓄水位以下设置了冰库容226×104m3。非汛期最高运行水位按正常蓄水位66.0 m运行，汛期非排沙运行期间可不考虑冰库容，则水库最高运行水位可降至65.36 m。

4）控制运行方式。控制库水位进行泥沙调度应在涨洪期间尽快降低至死水位。下水库正常蓄水位66.0 m，死水位62.0 m，正常蓄水位至死水位间的库容为1 255×104m3，扣除冰库容后为1 029×104m3，由正常调度转入按分级流量控制库水位，调度泥沙时需将该部分水量排出库外以降低库水位。降水位过快会导致水库下游人造洪峰过大，易造成下游洪灾损失。该流域洪水涨洪历时约为6～12 h，为满足排沙运行需要，综合考虑流域水沙特性和尽量平稳下泄流量，这次按4 h均匀腾空库容、逐步降低水位运行方式，腾空库容区间加大下游泄量最大为715 m3/s，不会超过下游安全泄量，对沿江两岸村屯影响不大。

综上分析，这次按分级流量500 m3/s、排沙水位62.0m拟定排沙运行方案。同时，为分析方案的排沙效果，拟定了三个排沙运行方案进行对比，具体见表1。

2.3 排沙运行方案比较

根据拟定的下水库排沙运行方案，以1958—1993年共36年水沙系列为基础，利用建立的下水库泥沙冲淤数学模型，分别进行不同运行方案运行36年、50年的泥沙冲淤计算，以下水库泥沙淤积量对比分析各方案的排沙效果。

根据不同方案泥沙淤积计算成果分析，运行水位高，泥沙淤积量大，运行水位低，泥沙淤积量小，不同方案下水库淤积量成果，见表2。虽然由于各方案运行水位相差较小，下水库泥沙总淤积量相差相对不大，但有效库容内的泥沙淤积量相差较大。

表1 下水库拟定的排沙运行方案表

表2 蒲石河下水库泥沙淤积量成果表

从表2可以看出，方案Ⅰ泥沙淤积量最大，运行50年总淤积量为1 496×104m3（66.0 m以下），悬移质泥沙排沙比为51.8%，有效库容内淤积量为358×104m3，占有效库容的28.5%。方案Ⅱ汛期运行水位，较方案Ⅰ降低了0.64 m，但库内淤积量没有显著改善。方案Ⅲ，采取了汛期大洪水时降低库水位的运行方式，排沙比增大，水库淤积量特别是有效库容内淤积量大幅度减少。方案Ⅲ运行50年总淤积量为996×104m3，悬移质泥沙排沙比为70.6%，有效库容内淤积量为33.3×104m3，仅占有效库容的2.65%。

综合上述分析，采用汛期降低库水位泄洪排沙的运行方式，可有效控制蒲石河下水库的有效库容淤积损失。

3 结论

多沙河流的泥沙淤积问题是制约水利水电工程建设的重要问题，这次通过对蒲石河流域水沙特性进行分析，并结合蒲石河抽水蓄能电站工程的具体情况，提出了大水期降低库水位排沙运行的方案。通过数学模型进行淤积分析，能大幅提高水库排沙比、降低有效库容的淤损，达到良好的减淤效果。