五岳抽水蓄能电站下水库洪水调度规则研究

鄢军军，罗 茜，周铁柱

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014)

五岳抽水蓄能电站位于河南省信阳市光山县境内，位于鄂豫电网联络线的东通道上，电站建成后服务于河南电网，主要承担调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用等任务。电站上水库通过挖填筑坝成库，集水面积很小，下水库利用已建的五岳水库。电站建成后，由于发电流量叠加将对下水库调洪造成较大影响。本文根据流域防洪要求，结合工程自身特点，重点对下水库调洪原则进行研究。

1 工程概况

五岳抽水蓄能电站装机容量1 000 MW，上下水库调节库容按装机连续满发小时数5 h设计。枢纽工程主要由上水库、输水系统、地下厂房及地面开关站和下水库等组成。上水库洪水标准按200年一遇洪水设计，1 000年一遇洪水校核，发电厂房洪水标准按100年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。

下水库利用已建的五岳水库，位于淮河一级支流寨河主干青龙河上游，始建于20世纪70年代，开发任

务以防洪、灌溉为主。坝址控制流域面积102 km2，水库正常蓄水位89.184 m，死水位77.884 m，现状总库容1.22 亿 m3，调节库容8 098万 m3，为具备多年调节性能的大(2)型水库。水库枢纽由主坝、5座副坝、溢洪道、输水洞、引水洞、渠首闸、输水洞泄洪闸等组成。现状防洪标准为100年一遇洪水设计，5 000年一遇洪水校核。五岳水库采用溢洪道及输水洞两种泄洪方式。其中，溢洪道位于主坝南端，建有2孔弧形闸门；输水洞为有压钢筋混凝土圆洞，进口设潜孔式弧形钢闸门。

2 抽水蓄能电站对五岳水库的调洪影响分析

抽水蓄能电站建设前，根据防洪部门批复的五岳水库运行方式，主汛期6月15日至8月11日，水库限制运行水位88.384 m；过渡期8月11日至9月10日，限制水位88.884 m。水库采用溢洪道和输水洞泄洪，当水位超过防洪限制水位88.384 m 时，输水洞闸门全开敞泄；水位超过限制水位88.884 m 时，输水洞、溢洪道闸门全开敞泄。

五岳抽水蓄能电站建设后，根据抽水蓄能电站设计规范，调洪计算时需考虑发电流量与天然洪水滑动叠加，各频率调洪水位取各滑动组合工况调洪成果的最大值。当水库水位超过发电厂房校核洪水位(P=0.2%)时，蓄能机组停止发电。调洪过程中保证水库下泄流量不大于前时段已出现的入库最大洪水流量，以避免造成 “人为洪水”。因水库设有分期限制水位，调洪需采用分期洪水计算，按不同时期坝前限制水位及相应洪水分别进行洪水调节计算，取外包线作为调洪成果。

若不改变五岳水库洪水调度原则，抽水蓄能电站建设前后五岳水库调洪成果见表1。

表1 五岳水库调洪计算成果

注：电站满发流量按照504 m3/s考虑。

表2 各限制电站运行方案不同洪水频率时水库最大下泄流量 m3/s

由表1可计算出，五岳抽水蓄能电站建成后，如果按照现状洪水调度方式，由于发电流量的影响，电站建成后各频率坝前最高调洪水位将抬高0.48～0.65 m(有无抽水蓄能电站坝前最高水位差)，最大下泄流量增加43 ～67 m3/s(有无抽水蓄能电站坝前最大下泄流量差)。

分析表明，调洪水位的抬高对库区淹没、枢纽安全基本无影响，现状坝高不满足防洪规范要求的问题可通过加高坝顶防浪墙予以解决；但水库遭遇20年一遇洪水时最大下泄流量增加67 m3/s，无法满足淮河流域防洪要求。

3 下水库洪水调度规则研究

五岳水库涉及下游淮河干流防洪安全，五岳水库作为蓄能电站下水库的前提是不能影响五岳水库防洪功能的发挥。根据淮河流域防洪要求，五岳水库遭遇20年一遇洪水时，下泄流量不能超过现状水平，即抽水蓄能电站建设后仍须保证五岳水库遭遇20年一遇洪水时最大下泄流量不超过343 m3/s。为满足上述要求，可通过以下两种方式：一是维持五岳水库的洪水调度规则不变，通过限制抽水蓄能电站运行实现下泄流量不超标；二是调整五岳水库洪水调度规则，即优化汛期调度运行方式。

3.1 限制抽水蓄能电站汛期运行

(1)设置停止发电水位。遭遇洪水时，当五岳水库水位超过某一限定值时，蓄能机组停止发电，其余调洪规则不变。五岳水库主汛期限制运行水位 88.384 m，本文研究中暂按水位达到 88.884 m时蓄能机组停止发电考虑。

(2)限制发电小时数。五岳抽水蓄能电站设计连续满发小时数为5 h，调洪计算时需按照5 h发电流量过程与天然洪水过程滑动叠加。本文研究中汛期发电时间暂按3 h考虑，其余调洪规则不变。

(3)限制发电机组台数。五岳电站安装 4 台可逆式机组，一般调洪计算时按 4 台机组满发考虑。本文研究中仅考虑1台机发电(发电流量126 m3/s)，其余调洪规则不变。

由表2可见，无论是设置停止发电水位、减少机组连续满发小时数或限制发电机组台数，均不能避免电站建设后下泄流量的增加，仅可在一定程度上减小影响。

3.2 调整五岳水库汛期运行方式

调整汛限水位可能影响水库汛后蓄满率，对其兴利功能产生影响，实施难度较大。本研究的五岳水库运行方式(见表3)在不调整汛限水位的前提下，以满足淮河流域防洪要求为目标。

表3 不同洪水频率时下水库洪水调节计算成果 m3/s

方式一：保持“一库水”运行。即，通过输水洞调节水量，动态控制五岳水库汛期运行水位，保证上水库死水位以上的蓄水量、五岳水库汛限水位以下的蓄水容积之和不超过抽水发电调节库容。例如，上水库在正常蓄水位时，下水库水位应从汛限水位88.384 m的基础上消落至87.59 m，消落库容等于抽水蓄能调节库容。调洪原则为：以87.59 m作为调洪起调水位，其他调洪原则不变。

方式二：闸门控泄运行。调洪过程中，通过调整闸门开启幅度，控制水库下泄流量不超标。具体调洪原则为：当天然入库洪水不大于20年一遇洪水洪峰流量时，下泄流量按无五岳抽水蓄能电站时遭遇20年一遇洪水时下泄流量343 m3/s控制，当天然入库洪水大于20年一遇洪水洪峰流量时，按泄洪设施泄流能力泄洪。其他调洪原则不变。

由表3可见，通过调整五岳水库汛期调度运行方式，可保证遭遇20年一遇洪水下泄流量不超标，可满足淮河流域防洪要求。

4 下水库洪水调度方式选择

(1)通过限制抽水蓄能电站汛期运行的方式，无法实现五岳水库下泄流量不超标，不能满足下游流域防洪要求。另外，此种方式将大大限制电站运行的灵活性，从而不能充分发挥抽水蓄能电站的作用和特点。

(2)通过调整五岳水库汛期调度方式，可有效减少电站建设对五岳水库调洪的影响，研究提出的保持“一库水”运行、闸门控泄运行两种方式均可满足流域防洪要求。两方案技术上均可行，从工程安全、库区淹没、闸门控制难度、对其他功能影响等方面对比分析，见表4。

为保证流量不超标，调整水库汛期运行方式后，将导致水库各频率洪水调洪水位抬高，但对库区淹没处理范围无影响；通过稳定计算分析，对枢纽安全也无影响，仅水库大坝需不同程度进行加高处理。两种方式主要差别在于：方式一需动态控制水库汛期运行水位，保证“一库水”运行，输水洞闸门需频繁启闭；方式二则是在遭遇20年一遇洪水同时电力系统需要电站满发运行的特殊工况下启动闸门控泄；另外，方式一可能对水库汛后蓄水产生一定影响，从而影响水库供水功能发挥。综合比较分析，方式二对五岳水库影响更小、更易实施。

表4 调整五岳水库汛期调度方式对比

5 结 语

调洪计算是水电站水能设计的重要内容。抽水蓄能电站运行不同于常规水电站，其发电流量对下水库调洪具有较大影响。尤其是利用已建水库作为下水库，涉及原有水库的防洪安全、枢纽安全、淹没影响、综合利用等众多方面，问题复杂，设计过程中需合理确定下水库调洪计算原则，以满足多方面要求，为工程的顺利建设和安全运营奠定基础。