冉渡滩水库下放生态流量及生态机组优化分析

蔡 平,皮永桦,杨 刚

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563002)

1 工程概况

冉渡滩水库为洪渡河干流规划水资源利用开发的第三级，坝址以上流域面积997 km2，多年平均径流量7.03亿m3，多年平均流量22.3 m3/s。工程主要任务以供水(城镇供水、工业园区供水、农村人畜饮水)和灌溉用水，兼顾水力发电和下游洪渡河漂流[1]，工程由水库枢纽(含水电站)、城镇和工业园区及灌溉输水系统组成，解决务川县城中心城区18万人和南部片区5个乡镇0.92万农村人口及16.4万头牲畜饮水、0.36万hm2耕地灌溉以及大坪、镇南两个工业园区共15.62 km2工业供水，年供水量为9120万m3/a；电站装机(2×8+4) MW，多年平均发电量6880万kW·h，保证出力2320 kW，年利用小时3490 h。

2 优化分析

2.1 生态流量及再利用

冉渡滩水库工程供水部分规模及任务是按《务川县城总体规划(2011—2030)》和《务正道煤电铝循环经济工业园总体规划(2009—2030年)》及《务川县大坪工业园区产业发展规划(2011—2030年)》的远期水平年2030年设计考虑的。至远期2030年设计供水能力9120万m3/a。其中，P=95%务川县城中心城区供水量1240万m3/a、工业园区供水6470万m3/a，P=95%农村人畜饮水供水 350万m3/a，P=80%农灌供水1060万m3/a，水量利用率仅为12.8%(不含发电水量)；而河道内水力发电用水4.70亿m3/a，电站总装机选择为(2×8+1) MW(其中1 MW是生态机组发电)。

(1)下游河道生态环境及夏季洪渡河漂流需水。由于洪渡河漂流项目起漂点位于冉渡滩水库发电厂房下游约1.1 km处，漂流河段长约5.5 km，根据与漂流公司协议，漂流活动在每年6—10月，开漂最小流量为5.00～6.00 m3/s；另依据贵州省水利厅关于《冉渡滩水库工程水资源论证报告书》的审批水库下放生态流量为2.26 m3/s。故为了确保下游河道生态环境及夏季洪渡河漂流运营需水要求，应在夏季洪渡河漂流运营时段下放最小流量为5.00 m3/s，其余时段需下放最小生态需水量为2.26 m3/s。

(2)生态流量再利用。冉渡滩水库为不完全年调节，调节能力有限，而水库工程建设的主要任务是供水和灌溉用水，经水库径流调节分析计算，为了保障务川县城、工业园区供水及农业灌溉用水，确定当库水位低于730.00 m时或遭遇特枯来水年份时，需限制水力发电。因此除了丰水期可连续发电外，枯水期的大多时间内电站处于停机状态，但在此期间必须向下游河道下放最小生态流量，结合水库枢纽建筑物及电站(坝后式)的布置情况，为了充分利用下放生态流量的水能资源[2]，经不同装机容量组合从水资源利用较充分、技术经济指标较优且与上、下游规划电站发电流量基本匹配等多方面考虑后，拟定冉渡滩水库电站装机容量为(2×8+1) MW，其中1 MW是利用生态流量发电机组。

2.2 优化调整水库运行初期下放生态流量及电站生态机组

(1)优化调整缘由。鉴于冉渡滩水库工程总体投资较大，结合大坪工业园区、镇南工业园区发展规划及建设情况，建设采取分期实施方案，而最大工业用水的镇南“务正道煤电铝工业园”属二期实施项目，仍在同期进行基础建设，待工业园区建成投入生产运营仍有一定时期，为了充分利用水库蓄水后的水能资源，在满足供水及灌溉的前提下，将水库运行初期剩余水量用来作水力发电，提高水能资源再利用[3]，发挥工程项目最大效益，合理优化和调整下放生态流量及电站生态装机容量是非常必要的[4]。

(2)优化调整水库运行初期下放生态流量及电站生态机组方案论证分析与比较。为了充分利用水库蓄水后的水能资源用来发电，依据下游河道生态环境用水及夏季洪渡河漂流运营需水要求，结合电站布置及结构设计，在满足供水及灌溉的前提下，将水库运行初期适度增大下放生态流量及电站生态机组装机容量，提升了电站发电效益。

冉渡滩水库工程电站设计保证率为80%，经优化调整生态机组装机容量为4 MW后与原审批装机容量为1 MW作水利调节复核计算和经济技术方案综合分析比较，具体分析成果和比较如表1。

表1 电站生态机组优化调整方案水能及投资指标成果比较情况

经投资和效益综合比选后，生态机组装机由1 MW调整至4 MW时，虽然电站投资增加392.16万元，但电站多年平均发电量增加了 830万kW·h，年平均效益增加了228.25万元。从水资源利用较充分、技术经济指标较优且与上、下游规划电站发电流量基本匹配等多方面综合考虑，确定将冉渡滩水电站生态机组装机容量可增至4 MW是可行的。

2.3 水利调节复核计算

根据初步设计审批确定的水库特征水位及库容(正常蓄水位738.00 m，发电限制水位730.00 m，死水位724.00 m，正常蓄水位库容4490万m3，死库容1660万m3，兴利库容2830万m3)进行水利调节复核计算。考虑到本水库库容系数4.03%较小，属不完全年调节水库，采用典型年法进行调节计算，计算时段为旬。入库水量为初设阶段审批确定的冉渡滩水库历年逐月(旬)设计入库径流过程和各典型年成果表。由于最大工业用水的镇南“务正道煤电铝工业园”属二期实施项目，仍在同期进行基础建设，待务正道煤电铝工业园建成投产前，冉渡滩水库供水量按4850万m3/a考虑，其中：P=95%务川县城中心城区供水量 1240万m3/a、工业园区供水2200万m3/a(主要向大坪工业园区供水)，P=95%农村人畜饮水供水350万m3/a，P=80%农灌供水1060万m3/a。

农田灌溉用水根据灌溉需水量确定，当保证率小于等于P=80%时，用水量等于需水量；而当保证率大于P=80%，用水量按当年来水量除以P=80%来水量再乘以P=80%需水量计算。水库蒸发、渗漏损失按正常蓄水位库容的10%计并平均分配至月，共计449万m3/a。根据《遵义市冉渡滩水库水资源论证报告》及其批复《省水利厅关于冉渡滩水库工程水资源论证报告书的批复》，明确的水资源保护措施中下放生态流量为2.26 m3/s；另根据与漂流公司协议，漂流活动在每年6—10月，开漂最小流量为5～6 m3/s。

由于电站为坝后式水电站，考虑将生态机组装机优化调整为4 MW后，电站总装机主(2×8+4) MW，发电流量变幅范围8.49～33.30 m3/s。汛期(5—10月)为保证下游洪渡河漂流运营及生态用水，在电站主机停机检修期间，需利用生态机组下放最小流量为5.0 m3/s；在枯季(11月—次年4月)电站主机停机及检修时段，需利用生态机组下放最小生态水量为2.26 m3/s。根据冉渡滩水库征水位及库容和各典型年月(旬)过程作水利动能调节[5]计算，调节计算成果如表2。

表2 冉渡滩水库运行初期水利调节计算成果

在水库初期运行时，务正道煤电铝工业园供水(属二期实施项目)未完成投产之前，经水利调节复核计算，多年平均供水量为4720万m3，较“初设”供水成果8990万m3少4270万m3，为了充分利用向务正道煤电铝工业园的供水水量发电，将生态机组装机调整为4 MW后，电站总装机容量为(2×8+4) MW，多年平均发电6880万kW·h，较“初设”设计发电量6050万kW·h增加发电量830万kW·h。

2.4 生态放水措施

根据水库枢纽及电站布置情况，由于电站为坝后式，为了确保生态流量的下放，将生态机组采取独立单根引水，并在厂房内增设生态机组发电，发电尾水经尾水渠排入洪渡河，解决下游生态环境用水及洪渡河漂流。

(1)引水系统。生态机组发电引水建筑物布置于大坝右岸，采取坝前塔式取水、坝内穿管、再沿岸坡引至下游发电厂房。生态机组最大引水流量8.49 m3/s，引水系统由取水口、压力管道组成，总长125.774 m，其中取水口段长11.700 m，分别设1道1.8 m×9.5 m拦污栅和1道1.8 m×1.8 m事故检修闸门及启闭设备；压力管道长114.074 m，为DN1750钢管(钢材采用Q345R，壁厚为14 mm)，钢管采用0.60 m厚C20混凝土外包衬砌，并转弯处设C20钢筋混凝土镇墩。

(2)发电厂房布置。发电厂房位于大坝右坝段下游，为坝后地面式厂房。主厂房垂直压力管线及河床布置，副厂房靠主厂房后平行布置，升压站紧靠副厂房布置于主厂房安装间后侧。

主厂房为钢筋混凝土排架结构，发电机层地面高程683.18 m(立式机组)，安装间高程 699.70 m，水轮机层高程678.00 m(水轮机安装均为676.00 m)。主厂房平面尺寸(长×宽)42.65 m×14.00 m，主厂房内安装2台8 MW的立式水轮发电机组和1台4 MW立式水轮发电机(生态机组布置在左侧靠近河床端)，机组间距分别为8.5 m和8.0 m、行车轨距12 m；副厂房紧靠主厂房后侧布置，为四层框混结构，副厂房平面尺寸(长×宽)为28.87 m×6.74 m。升压站布置在主厂房上游、副厂房的右侧，为2层框架结构，升压站平面尺寸长×宽为12.06 m×8.50 m。地面高程为699.70 m。

3 结 论

经水库建成后运行初期水利调节复核计算，将电站生态机组装机由初设审批装机1 MW优化调整为4 MW时，虽然电站一次性投资增加392.16万元，但电站年平均发电量增加了830万kW·h，年平均效益增加了228.25万元，生态机组运行2～3 a即可收回成本。从水资源利用较充分、技术经济指标较优且与上、下游规划电站发电流量基本匹配等多方面综合考虑，冉渡滩水库电站生态机组装机容量增至4 MW是可行的。待本工程二期项目镇南“务正道煤电铝”工业园区建成投入运营后，就按原审批工程任务及规模进行供水和水库运行调度。