宝珠寺水电站水能资源综合利用分析

许 小 东， 张 丹 威

(华电四川宝珠寺水力发电厂，四川 广元 628003)

随着我国工业化和现代化进程的加快，能源、生态环境、地区平衡发展已经成为影响经济社会可持续发展的重要问题，正确的水电开发对解决这些问题具有重要的意义。如何降低水电开发过程中的某些不利因素，并着重提高水电综合利用效能就成为我们必须积极面对和探索的问题。

1 工程概况

宝珠寺水电站位于四川省广元市三堆镇，是嘉陵江水系支流白龙江规划中的第二个梯级水电站，距上游碧口电站87 km。混凝土重力坝，最大坝高132 m，坝顶全长524.48 m，正常蓄水位588 m，死水位558 m，校核水位时水库总库容25.5亿m3，调节库容13.4 m3，水电站装机容量70万kW，设计年发电量22.78亿kWh。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉综合效益。电站担任四川电网的调频调峰和事故备用作用。1984年复工，1996年第一台机组发电，1998年竣工。

宝珠寺电站工程为大(1)型一等工程，主要枢纽建筑物为一级建筑物，大坝设计标准按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核，上游碧口水库可能最大溃坝洪水作为非常洪水复合大坝安全。

坝址控制流域面积28 428 km2，设计多年来平均流量336 m3/s，多年平均年径流量105亿m3。千年一遇设计洪水流量18 600 m3/s，相应库水位588.3 m；万年一遇校核洪水流量24 300 m3/s，相应库水位591.8 m；总库容25.5亿m3。正常蓄水位588 m，相应库容21.0亿m3；死水位558 m，调节库容13.4亿m3，具有不完全年调节性能。

2 宝珠寺水库水电综合利用

2.1 水能发电

宝珠寺水电站在四川电网中担负着调峰、调频和事故备用的任务，对提高电网的供电保证率、缓解电网峰荷电力供应紧张起到了十分重要的作用，是该电网的骨干调峰电源之一。

宝珠寺电厂处于川北电网的末端，而且是该地区唯一的电源支撑点，对电网的稳定起到了举足轻重的重要作用，主要表现在调压及事故备用。川北电网系统的安全性及电能质量都到了保障，机组的快速启停，为保证电网潮流分布、线路不过载、电网的安全稳定作出了贡献，创造了极大的社会效益[1]。

同时宝珠寺电站与本流域上游的碧口水电站和下游的紫兰坝水电站进行联合运行，每年增加了梯级保证出力约2.1万kW，与嘉陵江干流梯级电站联合运行增加梯级保证出力约11万kW。

宝珠寺电站自投产以来，因受自然环境和气候变化的影响，白龙江流域的年径流量相比偏小很多，1998～2013年的年均径流约为78.7亿m3左右，平均入库流量仅为249 m3/s，径流总量仅维持在设计值的74.9%；2013年创造最高来水量101亿m3，其余年份来水量低至53.11亿m3。多年来，年平均发电量为14.15亿kWh，仅为设计年发电量的62.1%，远低于设计值。以上数据见表1。

表1 宝珠寺水力发电厂年径流量、年平均流量和年发电量统计表

天然来水量的不足，使得宝珠寺水库的实际运行状况受到了较大的影响，电站在电力系统中的作用没有得到充分发挥，各年份完成的发电量与设计年发电量相差甚远。除了天然来水量，影响发电效益的因素还很多。如何利用这有限的来水水能发挥出最大的经济效益就成了宝珠寺电厂自运行以来一直思考和探索的课题。在近年的实际运行中，根据白龙江流域的降雨和产流特点，结合四川电力系统的电源、电网结构特点，按照设计运行的总原则，制定科学的优化调度方案，充分降低水库弃水的风险和耗水率，做到既能汛期充分利用水能，又能保证在讯末水库有较高的蓄水成功率。图1明显反映出2005年以后，宝珠寺水电站年发电量在逐年增加的趋势。2012年宝珠寺电厂在充分利用来水的基础上，大力开展优化调度和节能降耗工作，年发电量首次突破了22亿kWh，达到了年设计发电量。

宝珠寺水力发电厂通过不断采取各项优化调度措施方案，寻求经济效益最大的电站运行方式，确保了最近几年宝珠寺电厂发电量逐年提升的佳绩。

2.2 防洪效益

宝珠寺水库有一定的调洪库容6.75～7.25亿m3，对不同频率的洪水有着一定的削峰作用。如果遇到碧口水库溃坝的非常洪水，天然洪峰流量达103 200 m3/s，经宝珠寺水库调蓄后下泄流量为17 740 m3/s，可消减84 560 m3/s；遇到万年一遇洪水，天然洪峰流量达24 300 m3/s，经宝珠寺水库调蓄后下泄 约 为 16 060 m3/s，消减了8 240 m3/s；遇到千年一遇洪水，天然洪峰流量为18 600 m3/s，经宝珠寺调蓄后下泄约10 350 m3/s，消减洪峰流量为8 250 m3/s。

图1 宝珠寺水电站年发电量柱状图

宝珠寺水库在实际运行中，为了及时掌握水库流域的雨情水情，增长洪水预报的预见期和提高预报精度，确保安全度汛，宝珠寺水力发电厂与南京水利水文自动化研究所合作，研制了宝珠寺水力发电厂水情自动化测报系统，并于1999年投入运行，为汛期的水库安全调度提供了科学的决策依据，对水库进行有控制性的调洪，成功与下游洪水错峰并消减洪峰，大大消减中小洪水的洪峰流量，减轻了下游洪水造成的灾害损失。

1998年8月19～20日长江中下游地区正遭遇第7次洪峰，白龙江发生相当于234年一遇洪水，入库流量为16 470 m3/s，在电站尚未完建的条件下，控制下泄流量为6 856 m3/s，拦 蓄 洪 水 3.06亿m3，消峰近10 000 m3/s，错峰6 h，从而保证了宝成铁路，以及白龙江、嘉陵江沿岸人民的生命财产安全，有效减轻了长江第七次洪峰流量和洪水总量，大大减轻了长江中、下游抗洪压力，显现了电站的防洪效益，受到国家防总、原国家电力公司的高度赞扬[2]。

2.3 下游电站的调节效益

白龙江是嘉陵江最大的支流，于广元市昭化镇汇入嘉陵江。嘉陵江昭化水位站和下游的亭子口水文站多年水文资料分析显示，白龙江支流多年平均来水流量占亭子口多年平均来水流量的50%～60%[3]，其他支流多年平均来水量占亭子口多年平均来水量的20%。这一结果表明嘉陵江上游的来水主要源于白龙江支流，特别是枯水期白龙江来水占嘉陵江上游来水的比例更大。宝珠寺水库建成后，枯水期嘉陵江上、中游来水量通过宝珠寺水库的水量调节，日平均流量在原水文系列枯水季节的基础上增大了近90 m3/s的流量，对嘉陵江流域各梯级径流式水电站增加枯水期的发电量起到了关键作用。

2.4 生态环境影响

2.4.1 节能减排

宝珠寺电站充分发挥了白龙江流域丰富的水能资源，一方面为地方经济提供巨大的优质绿色电能；另一方面减少了当地的煤炭消耗和温室气体的排放，优化能源结构，取得了积极成效。自宝珠寺水电站1991年实现大江截流至2013年12月，累计发电226.4亿kWh，相当于节省原煤808万吨，减少二氧化碳排放量2 116万吨(计算标准：1度电供电煤耗为360 g；1吨煤燃烧产生二氧化碳气体2.62吨)。同时，优质的电能为地方经济快速发展提供了强大动力。

2.4.2 库区小气候的影响

根据监测资料分析，宝珠寺水库形成以后，由于水体调温效应，库区呈现出夏季气温下降，冬季上升的规律，气温年较差趋于减小。库区降雨量和降雨日数与天然河道差别不大，而库周一定范围内，由于水气的扩散，夏季降雨量及日数略有增加；相对湿度都有不同程度的减小，产生这种现象的机制是：夏季库岸陆面由于温度降低，空气饱和水气压降低，但是由于蒸发力降低且较前者幅度为大，导致地面湿度相对减少；冬季气温升高，饱和水气压相应增大，但由于蒸发力增大幅度较前者小，同样阻止了相对湿度回升。由于冬季气温升高，导致初霜推迟，终霜提前，总霜期减少。库区环境的改变，使得两岸山体绿色植被较建库前繁茂。

2.4.3 水温与水质变化影响

根据2000对宝珠寺水库水温和水质的监测资料分析，宝珠寺水库形成后，库内水体垂向分层现象十分明显，坝前变温层温度梯度介于0.05～0.09 ℃/m，在春、夏增温季节，水库下泻水温比河流天然水温低，在降温季节，水库下泻水温天然河流水温高，与水库的气温效应一致[4]。

水库蓄水后，由于上游闭口河段以及库区内网箱养鱼和搬迁集镇污水等未经处理排入库内，导致总磷、总氮等营养指标有所超标，同时由于库水对土壤和金属矿床的侵泡，汞、铅、鉻等元素较多的溶出，使得水体中上述指标比建库前增加[5]。

2.5 周边产业效益

2.5.1 养殖

70多平方公里的白龙江流经的是山、丘陵、峡谷，落差大，河库面窄，过去很难寻求一个养殖的段面，养殖业几乎没有。自从宝珠寺水库建成蓄水后，形成几十公里的大湖面，库水深、水质好，养殖业从无到有，由小到具一定规模，可谓兴旺发达。2004年，广元库区渔业产值达6 336万元。养殖技术的发展和商品价格的提高，把20年前电站设计者对水产养殖效益的估算放大了整整10倍。在三堆镇，人均渔业收入已突破1 000元/年。

白龙湖水域境内属亚热带温润季风气候，常年平均气温13.7 ℃，平均水温15.2 ℃，流域范围无城市污染，水体年交换系数3.71，融氧量高，有机饵料丰富，水质常年保证为国家二类水质，自然条件十分适宜银鱼生长。1996年，南京银鱼移植驯化中心与青川县移民开发公司合作开发移植大银鱼和短吻银鱼，1999年开始，白龙湖银鱼就出口到日本、东南亚及欧美市场。到2010年，每年库区银鱼销售400多吨，产值2 400多万元。

2.5.2 油橄榄

被称为四川农业新星的油橄榄种植业也因水库而兴。这种挑剔的农作物对气候、土壤、水分、湿度要求极高。专家认为，面积350平方公里的白龙湖风景区，是我国最适宜种植油橄榄的极少数地区之一。目前，广元已成功种植油橄榄11万亩，以每公斤橄榄油国际市场售价150元计算，到2007年进入盛产期，橄榄油产值可达16亿元，种植区10万农民将由此增收。

2.6 航运效益

嘉陵江由广元至重庆通航里程732 km，是川北的主要水运航道。白龙江流域夏季水流量大，注入长江支流的嘉陵江中，航运部门和沿江农民的短途运输，主要靠夏秋季营运，称之为创益的黄金时段，春冬两季水量小，断航十分严重，称之为休航时段。该省航运部门对宝珠寺水电站的最小下泄流量提出了要求，经设计审查确定，宝珠寺水电站的日最小流量限制为85 m3/s。自从有了不完全年调节水库，在流域水管部门的指挥下有效的放水，改变了航运的休航状况。

2.7 灌溉效益

工程为满足灌溉引水的要求，在枢纽左岸预留孔口位置。若饮水灌溉得以实施，由库内每年可饮水10亿m3，灌溉嘉渠地区233万亩的土地，加上土、肥、种等有关措施的改善，每年可增产粮食5～7亿斤。

1982年，四川省水利厅来函(川水发(1982)规309号)称：从总体规划上嘉渠地区需要从宝珠寺工程引水，但根据水利建设的布置近期很难安排。因此，仅在左岸25号挡水坝段内预留灌溉取水口，现用混凝土堵头进行封堵。

3 水电综合利用的体会和建议

(1)宝珠寺电站水电的综合利用的效益是可观的，我们有必要在实事求是的基础上，在加强生态环境保护，积极宣传大力开发水电和综合利用水电资源的重要意义。

(2)自宝珠寺水电站建厂以来与设计发电量相比，发电量严重不足，造成实际发电量与设计发电量差距较大的原因有很多，其中最主要的原因就是入库流量偏少；其次宝珠寺水电站运行以来基本都是按设计的水库调度图运行，运行中存在如下问题：一是某些年份由于讯末水库入库流量很小，不能蓄至正常蓄水位，二是某些年份由于讯末水库入库流量较大，而四川电力系统在这一段时间吸纳电量的能力又较弱，造成水库被迫大量开闸放水，经济损失严重；三是四川电力系统每年6～9月份为丰水期，5月和10月为平水期，11月至次年4月为枯水季节，而四川电网在枯水期吸纳电量的能力较好，但在每年的5月下旬至10月下旬期间大量的径流式电站竞相上网，造成电网吸纳电量的能力较弱[6]。

在此研究分析的基础之上，宝珠寺水电站结合实际情况，修正原水库调度图，积极开展水库优化调度工作，同时改变以往发电量最大的目标，积极寻求发电量与经济效益的结合，即考虑丰平枯及不同时段的电价，结合电网的需求，寻找经济效益最大的电站运行方式。

(3)水库形成后，通过发展渔业和旅游业，确实给周边的群众带来了客观的经济效益。但通过对库区水质的长期监测分析，发现总磷、总氮等营养指标有所超标。因此，在发展库区旅游和渔业的同时，应该注意环境保护，加强对库区及移民集镇污染源排放和库区渔业养殖等的管理，合理规划旅游设施及项目，严格控制网箱养鱼的范围和规模，减少污物的排放，切实保护库区和下游水质。

参考文献：

[1] 李世军,彭丽,任仲熙.宝珠寺水力发电厂运行分析[J].四川水力发电,2007,26(3)：24-26.

[2] 安盛勋，孙保平.宝珠寺水电站枢纽布置及重点技术问题[J].西北水电，2007,1：28-40.

[3] 黄群.宝珠寺电站对下游电站的调节效益补偿问题的探讨[J].四川水力发电,2002,21(2):13-16.

[4][5] 戴松晨.宝珠寺水库蓄水前后水温、水质变化回顾[J].水电站设计,2011,17(4):58-60.

[6] 张秀菊,钟平安,颜婷立.宝珠寺电站设计效益与运行效益差异分析[J].水力发电,2005,31(12):74-76.