二滩水电站枯水期尾水水位流量关系研究

商云笛，韩先宇，吴文勇

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都，610051）

0 引言

二滩水电站系以发电为主的雅砻江梯级开发的第一个水电站，是雅砻江初拟21级开发中的第20个梯级电站。它也是我国20世纪完建的最大水电站。电站位于四川省攀枝花市米易、盐边两县境内，下距市区46 km。电站枢纽由混凝土双曲拱坝、泄洪建筑物、地下厂房、引水建筑物等组成。

雅砻江为金沙江最大支流，干流全长1 571 km，全流域面积13.6万km2，坝址以上控制流域面积11.64万km2，河口多年平均流量1 910 m3/s，多年平均年径流量527亿m3。坝区极端最低气温-0.4℃，极端最高气温41.0℃，多年平均气温19.7℃，最大风速18.3 m/s，多年平均相对湿度67%。

二滩水电站水库正常高水位1 200 m，发电最低运行水位1 155 m，总库容58亿m3，有效库容33.7亿m3，正常蓄水位时水库面积101 km2，正常蓄水位时回水长度145 km，库容系数6.4%，属季调节水库，水量利用率76.6%。电站装机容量3 300 MW（6×550 MW），多年平均发电量170亿kWh，年利用小时5 162 h。

二滩水电站工程筹建时间为1987年9月—1991年8月，1991年9月14日正式发布开工令，1993年11月26日提前14 d实现了截流。主体工程从1993年12月开始施工，1998年5月1日电站正式下闸蓄水，同年8月第一台机组正式并网发电，1999年12月2日全部机组投产，2000年12月完成枢纽工程竣工验收，工程实际总投资282.63亿元。

二滩水电站自1998年5月1日首次下闸蓄水，至今已正常运行近21年。近年来，二滩水电站采用多波束声呐、水下无人潜航器、三维激光及现场调绘方式，对尾水河床的水下地形、岸坡地形进行了全覆盖探测，发现多处岸坡淘蚀缺陷。为给尾水河床护岸修复等项目提供有利的施工条件，确保工程安全，有必要对二滩水电站尾水附近（二道坝出口处）的水位-流量关系进行研究。

1 发电流量及上游水库影响分析

1.1 上、下游主要梯级电站

雅砻江二滩水电站上游调节性能较好的水库有锦屏一级和两河口两座水库。二滩水电站上、下游主要梯级水库电站的基本参数见表1。

表1 二滩水电站上、下游主要梯级水库电站基本参数Table 1 Parameters of the main hydropower stations upstream and downstream of Ertan hydropower station

1.1.1 两河口水电站

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，电站坝址位于雅砻江干流与支流鲜水河的汇合口下游约2 km河段，下距雅江县城约25 km，坝址控制流域面积6.57万km2，占全流域的48%左右，坝址处多年平均流量670 m3/s。水库正常蓄水位2 865 m，相应库容101.5亿m3，调节库容65.6亿m3，具有多年调节能力。电站装机容量300万kW，多年平均年发电量110.0亿kWh，设计枯水年供水期（12月—翌年5月）平均出力113万kW。两河口水电站是雅砻江梯级开发的关键工程，它的兴建将对雅砻江梯级全面开发建设起到实质性的推动和促进作用，并大大改善下游梯级电站的供电质量。2014年10月已获准开工建设。

1.1.2 锦屏一级水电站

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县与木里县交界处的雅砻江大河湾干流河段上，距河口358 km，是雅砻江卡拉-江口河段的控制性水库电站。坝址以上集水面积102 560 km2，多年平均流量1 220 m3/s，水库正常蓄水位1 880 m，死水位1 800 m，正常蓄水位以下库容77.65亿m3，调节库容49.1亿m3，具有年调节性能。电站装机容量360万kW，单独运行的设计枯水年枯水期平均出力108.6万kW。电站多年平均年发电量166.2亿kWh，其中枯水期（12月—翌年4月）电量43.7亿kWh，占全年的26.3%。通过水库调节，将使设计枯水年枯水期平均流量由367 m3/s提高到678 m3/s，即提高天然流量84.7%。可增加雅砻江下游4个梯级电站设计枯水年枯期平均出力136.1万kW，多年平均年发电量60.0亿kWh。锦屏一级水电站机组已于2014年7月起全面投产运行。

1.1.3 锦屏二级水电站

锦屏二级位于四川省凉山州境内的雅砻江干流上，系雅砻江梯级开发的骨干电站，上游7.5 km处为具有年调节能力的锦屏一级水电站。电站正常蓄水位1 646 m，调节库容480万m3，具有日调节性能，装机容量480万kW，联合运行设计枯水年枯水期平均出力151.8万kW，多年平均年发电量242.3亿kWh。锦屏二级水电站已于2014年全面投产。

1.1.4 官地水电站

官地水电站位于四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的打罗村境内，坝址距西昌市的直线距离约30 km，公路里程约80 km，电站主要任务是发电。该电站控制流域面积11.01万km2，多年平均流量1 430 m3/s。水库正常蓄水位1 330 m，总库容7.6亿m3，具有日调节性能。电站装机容量240万kW，与锦屏一级和两河口联合运行保证出力107.6万kW，多年平均年发电量达110.16亿kWh。官地水电站于2013年全部投产发电。

1.1.5 桐子林水电站

桐子林水电站是雅砻江干流开发最后一级，采用河床式开发。电站正常蓄水位1 015 m，调节库容0.15亿m3，具有日调节性能。电站装机容量60万kW。桐子林电站规模适中，对外交通方便，依托二滩水库的调蓄作用，可减少施工导流工程量，降低工程造价。同时该工程具有对二滩电站日调峰泄流的反调节功能，可改善二滩电站下游由于调峰造成的环境影响。

1.2 上游水库调蓄影响

二滩坝址1953年6月—2013年5月天然多年平均流量1 640 m3/s，其中平、枯水期（11月—翌年5月）月平均流量660 m3/s。考虑锦屏一级水电站对二滩水库蓄放水的影响，二滩水电站平、枯水期平均流量为927 m3/s。

上游两河口、锦屏一级水库调节库容共114.7亿m3，建成后二滩平、枯水期（11月—翌年5月）平均流量为1 283 m3/s。

1.3 实测逐时出库流量资料分析

根据2004—2015年系列枯水期（12月—翌年4月）二滩实测逐时出库流量资料分析，枯水期出现过机组调峰满发流量的情况。近年来，由于上游锦屏一级水电站年调节水库的补偿调蓄作用，以及上游锦屏二级、官地水电站的枯期调峰作用，二滩枯期平均出库流量增大，出现机组满发的次数增多。其中2015年4月30日18时最大出库流量2 280 m3/s，2月27日17时最大出库流量2 101 m3/s，2008年4月3日11时最大出库流量2 149 m3/s，等等。

2 枯水期尾水水位流量关系分析

2.1 计算断面

1999—2005 年对二滩水电站坝址下游河床开展变形观测，结果表明：二滩水库建成运行后，下游各横断面冲淤变化不大。因此，三滩大桥以上至二滩电站尾水河段采用2013年二滩尾水实测断面结果和2015年三滩大桥处实测断面结果，三滩大桥以下河段由于无近期测量的横断面，则采用桐子林水电站可研重编设计时的泥沙沖淤计算断面。

计算河段内共布设断面24个，各断面间距120～2 020 m不等，平均断面间距约821 m，其中二道坝—三滩大桥河段布置断面7个，断面间距在120～860 m，平均断面间距287 m。

2.2 糙率

2016年1—2 月间，二滩电厂在二道坝下进行了水位观测，根据该观测资料及对应时刻的二滩出库流量、桐子林坝前水位，点绘桐子林水库蓄水初期不同坝前水位下二道坝处水位与流量分布图，见图1。对该关系进行分析，桐子林水库不同坝前水位运行对二道坝处的洪水水位有一定影响，各坝前水位对应的流量分布呈条带状，且随着坝前水位的抬高有所抬升。

图1 桐子林水库不同坝前水位下二滩尾水水位与流量分布Fig.1 Measured tail water levels and flow rates of Ertan hydropower station with different water levels upstream of Tongzilin hydropower station

根据桐子林水库蓄水初期不同坝前水位下二滩尾水水位与流量分布图，拟合了桐子林水库蓄水初期不同坝前水位运行时二滩尾水水位-流量关系，见图2。

根据拟定的桐子林水库蓄水初期不同坝前水位时二滩尾水水位-流量关系，率定出桐子林蓄水初期不同坝前水位时二滩尾水河段的河道糙率略有差异，变化范围0.047～0.072。

3 枯水期尾水水位计算

在桐子林水库运行20年床面上，以桐子林枯水期坝前运行水位1 015 m起算，计算二滩下泄不同流量时的尾水水位。考虑到上游锦屏、官地水电站蓄水发电后，锦屏一级水库的调蓄补偿作用使二滩水电站枯水期发电流量大幅增加，正在建设的两河口水电站投产后，二滩水电站枯期发电流量也将进一步增加，计算中考虑二滩水电站按4～6台机组发电，则桐子林水库雅砻江干流的入库流量，即二滩下泄至河道流量相应为1 484 m3/s、1 855 m3/s和2 226 m3/s。

在桐子林水库淤积20年床面上，计算得到不同工况下二道坝处回水水位，见表2。

表2 不同工况下二道坝处回水水位计算结果Table 2 Calculated raised water levels at the second dam under different conditions

计算结果表明：桐子林水库淤积20年，以正常蓄水位1 015 m起算，桐子林水库雅砻江干流的入库流量分别为1 484 m3/s（4台机发电流量）、1 855 m3/s（5台机发电流量）和2 226 m3/s（6台机发电流量）时，二道坝处回水水位分别为1 015.94 m、1 016.22 m和1 016.50 m。

4 结语

针对尾水河床护岸修复等对尾水水位有较高要求的施工项目，可以依据尾水水位流量关系，通过合理的运行和调度方式，控制电站发电出库流量，进而控制尾水水位至施工需要水位以下，为施工项目创造干地施工条件，避免水下混凝土浇筑，并及降低施工模板和支撑的安装难度及挡水难度，减小施工难度，降低施工安全风险，提高工程质量，缩短施工工期，减小工程投资。同时应注意选定对电站运行影响较小的时段开展施工，以减少因控制下游水位造成的电量损失。