永庆反调节水库对丰满水电站下游河段用水保障效果回顾与变化分析

张志福，张 倩，苗 强

(1.丰满大坝重建工程建设局，吉林 吉林 132108;2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

0 引言

水电站在电网中主要承担调峰、调频、备用等任务，其发电流量急剧变化，将引起电站下游流量和水位的波动，为了减少或消除水电站调峰不稳定流对水电站下游的供水、灌溉、航运和生态环境产生的不利影响，充分发挥水电站在电网中的调峰作用，往往在水电站下游兴建反调节水库［1］。

1 丰满水电站调峰运行对下游供水保障的影响

1.1 丰满水电站概况

丰满水电站是第二松花江干流的第3个梯级与控制性工程，上游距红石水电站约153 km，下游距吉林市16 km。丰满水库正常蓄水位263.5 m，相应库容88.49亿m3，死水位242 m，调节库容61.64亿m3，具有多年调节性能。丰满水电站于1937年4月正式开工，1943年第1台机组发电，1953年一期工程建成，1992年完成二期扩建工程，1998年完成三期扩机工程，装机容量达到1 002.5 MW［2］。为彻底解决丰满水电站存在的安全隐患，在经前期各阶段设计论证与相关审批程序后，国家发改委于2012年10月核准了丰满水电站全面治理(重建)工程。2013年5月1日丰满水电站全面治理(重建)工程开工，预计2019年5月31日完工，重建工程结束后，新建电站的水库调度方式基本保持不变，调峰性能有所增强。

1.2 丰满水电站下游河段用水要求

(1)流域规划用水要求。根据《松花江辽河流域水资源综合开发利用规划》(1992年)、《松花江、辽河流域水资源综合规划》(2010年)要求，丰满水库在枯水期坝下最小放流量调到150 m3/s，满足吉林江段的环境用水要求即可。根据上述要求，丰满水库需保证150 m3/s的最小下泄流量。2000年在丰满大坝下游15 km处修建了引松入长工程，每年向长春市引水3.08亿m3，设计引水流量11 m3/s，故需要丰满水库最小下泄流量161 m3/s。同时根据《丰满水电站大坝全面治理工程环境影响报告书》对电站下游江段最小生态、环境、河道外取用水要求计算分析，流域规划确定的161 m3/s的最小下泄流量也基本符合丰满下游吉林市区江段的最小用水要求。目前，丰满水电站一直按照该要求发电运行。

(2)下游河段主要用水对象。丰满水电站下游河段分布有大量的取用水设施，电站运行对水资源的调控作用显著，因此需要兼顾各用水对象的需求情况。根据对下游河段现有主要取用水用户调查成果，吉林市工业、生活取水口基本分布在丰满下游约50 km的吉林市区江段范围，均位于永庆坝下，下游取水量及取用流量较大设施有自来水一厂、自来水二厂、自来水三厂、自来水四厂、引松入长马家泵站、吉化动力厂、吉林热电厂、吉林铁合金厂、吉林化肥厂、吉林松花江热电厂、吉林化纤厂等20个单位。综合考虑《吉林市水资源综合规划报告》中对吉林市用水量预测及“引松入长”工程取水要求，2020年丰满下游河道外用水总需求约7.93亿m3，相当于取水江段流量25.16 m3/s，占161 m3/s最小下泄流量的15.63%。

1.3 丰满水电站调峰对下泄流量的影响

永庆反调节水库建成前，丰满水电站承担60 MW电网基荷和每日调峰2次的运行任务［3］，维持最小249 m3/s的下泄流量;永庆水库投入运行后，解放了丰满水电站60 MW的基荷，丰满水电站目前在东北电网中承担一定的调峰任务。电站机组最大过流量为1 864 m3/s，最大调峰负荷为800 MW，最大调峰发电流量为1 040 m3/s，根据目前丰满水电站在电网中的负荷位置，丰满主要承担10∶00～12∶00、16∶00～20∶00的发电任务，调峰过程中不均匀的下泄流量过程使下游河道流量、水位日内变幅较大。

而丰满水电站下游河段供水要求河道内保持一定的水位，以保证取用水设施能够按用水要求引水，在丰满水电站调峰停机期间，坝下部分河段存在河底出露，将对下游河段用水对象产生不利影响;为保证通航水位及航运安全，要求河道内瞬时水位变幅很小，而丰满水电站调峰运行时，短时间内下泄流量迅速变化，对下游航运产生不利影响;同时水电站调峰运行可能造成下游河段间歇性减脱水河段，将对下游生态环境带来不利影响。

2 永庆水库对丰满水电站的反调节作用回顾

2.1 永庆反调节水库概况

丰满水库为多年调节型水库，对坝址下游河段径流年内变化调节作用明显，电站在电网中主要承担调峰任务，日内下泄流量变化较大。为保证丰满水电站满足下游最小流量的要求，同时充分发挥其调峰作用，在丰满大坝下游10.3 km处修建了永庆反调节水库，永庆水库上游水位与丰满发电厂尾水相衔接，为日调节性能，正常蓄水位192.2 m，相应库容1 036万m3，死水位189.3 m，调节库容828万m3［2］。永庆反调节水库于2002年9月19日开工建设，2005年11月12日投入试运行，2006年永庆反调节水库工程竣工，丰满水电站成为完全调峰电厂，发电时间由过去的24 h基荷发电放流，变为每日2次调峰发电。

2.2 永庆水库反调节性能

永庆水库设置有828万m3的反调节库容，根据水库的设计要求，需保证丰满水电站在两次调峰期间停机13个小时的情况下，持续保障下游最小下泄流量满足161 m3/s的要求。

根据永庆反调节水库的设计能力，在丰满发电厂停机状态下，从正常蓄水位开始消落到死水位，实际能够满足下游最小流量进行放流的时间为14小时，要求丰满水电站每天必须进行两次调峰，在第一次调峰(保证永庆水库蓄满)停机后，14个小时之内至少再调一次峰，以补充永庆反调节水库调节库容的不足。

目前，丰满水电站运行中调峰间隔时间均不超过13小时，永庆反调节水库则通过自动流量控制系统调节闸门开度，对下泄流量进行控制，当永庆库区水位在正常蓄水位以下时，则按照最小161 m3/s进行放流;当水位高于正常蓄水位时，则通过溢流坝段进行敞流。

2.3 永庆水库对下游用水的保障效果

丰满水电站在水库运行中确定了日均下泄流量不低于161 m3/s的调度原则，但由于丰满水电站在电网中主要承担调峰任务，日内下泄流量变化较大。为保证丰满水电站下游能够持续满足最小下泄流量的要求，不受电站调峰运行影响，同时充分发挥其调峰效益，2005年在丰满大坝下游10.3 km处修建了永庆反调节水库，设置有828万m3的反调节库容。通过永庆反调节水库与丰满水电站调峰运行相结合，丰满的出库流量能够经过永庆调蓄后均匀下泄，进一步保障了最小下泄流量的持续稳定。

根据永庆反调节水库下游吉林市水文站1995年～2008年的最小实测流量统计可知，在1995年～2004年期间，除1995年～1996年、1999年～2000年等时段，其余年份吉林市区江段全年中至少有3个月出现最小实测流量低于161 m3/s的情况，实测最小值为117 m3/s。在2005年～2008年，永庆反调节水库修建以后，吉林市区江段仅2005年12月、2008年10月出现最小实测流量低于161 m3/s的情况，实测最小值为147 m3/s(根据对永庆反调节水库实际操作记录调查，两次小流量出现，均为闸门试验操作原因，且影响时间较短)。可见，永庆反调节水库正常运行的情况下，对提高丰满下游最小流量发挥了较大作用，基本不会出现下泄流量低于最小流量要求的情况。

综上所述，永庆反调节水库对丰满水电站调峰的不稳定流进行反调节，保证下泄流量稳定，保证河道水位，满足下游河段取用水设施正常取水，保障下游用水、满足航运要求，下游河道保障一定的水流量，满足下游生态环境对水质的要求。永庆反调节水库不仅保证上游水电站在电网中的调峰作用，带来了经济效益，更为重要的是保障下游河段用水，为下游带来了巨大的环境效益和社会效益。

3 丰满水电站重建后对反调节运行方式的影响

3.1 丰满水电站调峰性能变化情况

丰满水电站重建后装机容量由现有的1 002.4 MW增加到1 480 MW，调峰能力有所增强。最大发电流量由现状的1 864m3/s增加到2 940 m3/s，最大调峰负荷由现状约800 MW增加到1 275 MW，最大调峰流量由现状的约1 000 m3/s增加到2 020 m3/s。根据运行期典型日负荷状况，丰满水电站承担调峰任务的时段主要为10∶00～11∶00、16∶00～21∶00，总共调峰运行时间不到6小时，在丰满水电站调峰停机期间，永庆库尾2.4 km范围内将出现最长5小时的减脱水河段。调峰时间缩短、流量增大，调峰性能增强会造成日内下泄流量的不均匀分配，加大坝下河段的流量、水位变幅。

3.2 永庆水库调节性能变化情况

永庆水库设有828万m3的反调节库容，丰满水电站重建后永庆水库仍按照保证下游最小161 m3/s流量的反调节方式运行，根据工程设计单位中水东北勘测设计研究有限公司对永庆反调节水库库容的复核，在考虑吉林市近期规划的永庆库区沿岸“清水绿带”堤防工程的建设，以及坝址下移、库区阿什砂砾石料场开采、回填等影响的情况下，丰满水电站重建后永庆水库反调节库容将减小为783万m3，反调节能力将有所降低。

3.3 运行期对下游用水的保障效果分析

在丰满水电站运行期典型日调峰方式的制定过程中，已经考虑永庆反调节水库的调节能力和操作方式。根据永庆反调节水库运行期典型日丰满调峰过程中出库流量情况(见表1)，结合永庆反调节水库的运行方式，计算出典型日下丰满、永庆水库出库流量过程，见图1。

根据上述不同典型日丰满、永庆出库流量过程分析可知，丰满水电站每天应承担两次调峰任务，调峰间隔时间最长为13 h，以补充永庆反调节库容。在丰水年夏季典型日，丰满持续发电泄流，永庆出库流量均大于最小流量要求;在平水年夏季典型日，利用永庆水库的反调节作用，能够将最小下泄流量增加到174 m3/s;在枯水年夏季典型日，以及冬季典型日，通过永庆水库的反调节作用，能够满足下游最小161 m3/s下泄流量的保障要求。

4 结语

永庆水库为丰满水电站的反调节水库，旨在解放丰满水电站基荷同时保障下游城市和环境用水需求。丰满水电站重建后装机容量增加，调峰能力增强，下泄流量日内变化过程较现状更加明显，调峰期间永庆库区水位、流量变幅增大。永庆反调节水库将丰满水电站运行调峰产生的不均匀泄流蓄积后均匀下泄，确保下泄流量不低于161 m3/s最小流量的要求，下游河道流量波动幅度减小，水流条件得到改善。在枯水期保证其放流量，满足下游江段及吉林市的环境用水达到相应标准［5］。本文回顾分析了永庆反调节水库对保障下游河段用水的效果，永庆水库不仅保证上游水电站在电网中的调峰作用，为上游水电站增加了调峰发电效益，而且保障了下游河段用水，为下游带来了巨大的环境效益和社会效益。

表1 典型日丰满、永庆水库下泄流量关系 单位:m3/s

图1 典型日丰满、永庆水库出库流量过程

［1］丁乐群，鲁亚楠，王珊珊.反调节水库综合效益分析评价［J］.华中电力，2009，22(6):20-22.

［2］张正平，范永思，卢兆辉，等.丰满大坝治理工程对下游水环境的影响分析［J］.水力发电，2010，36(4):9-11.

［3］中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司.丰满水电站环境影响后评价研究报告［R］.贵阳:中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，2015.

［4］杨伟，谢福志.丰满三期扩建永庆反调节水库浸没再评价［J］.东北水利水电，2012(8):6-7.

［5］杨意明，邓凤君.永庆反调节水库对坝下吉林江段水质影响分析［J］.水资源保护，1999(4):8-10.

［6］周建平，魏志远，杜效鹄.关于丰满水电站大坝全面治理设计研究的思考［J］.水力发电，2008，34(2):81-84.