两河口水电站提前蓄水对下游梯级电站发电效益影响研究

陶 湘 明

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

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，为我国大型水电能源基地雅砻江干流中游的控制性水库电站工程。两河口水电站控制流域面积约6.57万km2，占全流域的48.3%左右，坝址处多年平均流量673m3／s，水库正常蓄水位2865.00m，相应库容为101.54亿m3，校核洪水位2870.27m，总库容107.67亿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，多年平均发电量110.0亿kW·h［1］。

两河口水电站枢纽建筑物由砾石土心墙堆石坝、洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞、旋流竖井泄洪洞、发电厂房、引水及尾水建筑物等组成。采用“拦河砾石土心墙堆石坝＋右岸引水发电系统＋左岸泄洪、放空系统＋左右岸导流洞”的工程枢纽总体布置格局。

两河口水电站蓄水过程复杂、蓄水历时长，共分为三个阶段，时间跨度从2020年一直持续至2023年。由于水库蓄水量大，考虑到其下游有锦屏一级、锦屏二级、官地、二滩、桐子林共5座已建水电站以及在建的杨房沟、卡拉水电站，两河口蓄水对下游梯级电站发电效益影响巨大［2］。目前两河口水库已完成第一和第二阶段蓄水，随着工程建设的顺利推进，第三阶段蓄水已由原计划的2023年汛期提前至2022年汛期。本研究重点针对两河口第三阶段蓄水时间提前一年所带来的梯级水电站发电效益进行分析。

1 两河口水库原蓄水计划

结合两河口水电站工程建设进度和导流规划，两河口水库蓄水时段划分及蓄水计划安排如下。

（1）第一阶段。2020年11月上旬，1号、2号初期导流洞下闸后，由生态供水洞下泄94m3／s最小下泄流量，蓄至水位2678.90m时，5号导流洞可承担94m3／s最小下泄流量，此时供水洞下闸，5号导流洞过流。

（2）第二阶段。2021年6月，5号导流洞开始控泄，保证94m3／s最小下泄流量，蓄水至水位2748.00m时，3号导流洞、4号导流洞（放空洞）可联合承担94m3／s最小下泄流量，从水位2748.00m开始，通过3号导流洞、4号导流洞（放空洞）联合控泄，按94m3／s最小下泄流量要求以及蓄水上升速率控制标准控制下泄，蓄至死水位2785.00m。电站首台机组投运。

（3）第三阶段。①2021年6月至2021年10月，保证机组发电最小引用流量要求，水库维持死水位2785.00m运行。②2022年11月，3号导流洞下闸，2022年11月至2023年4月，进行3号导流洞封堵，期间保证机组发电最小引用流量要求，结合4号导流洞（放空洞）控泄，维持死水位2785.00m运行。③2023年5月，从死水位2785.00m开始通过放空洞（4号导流洞）、深孔泄洪洞及洞式溢洪道联合控泄，考虑机组发电最小引用流量要求以及蓄水上升速率控制标准控制下泄，2023年6月底蓄至预留最大防洪库容对应水位2845.90m，汛期维持水位2845.90m运行，2023年8月初开始根据发电要求蓄水，2023年9月底前水库水位蓄至正常蓄水位2865.00m。

2 两河口水库第一、二阶段蓄水概况

2020年11月1日，2号导流洞下闸，2020年12月3日，1号导流洞下闸。2020年12月11日晚，5号导流洞顺利过流，2020年12月14日蓄水至水位高程2679.64m，之后进入稳定期，库水位基本维持在高程2682m左右，第一阶段蓄水完成。

2021年6月10日13：00，5号导流洞工作弧门开始控泄，控泄时流量为1230m3／s，对应水位为2697.44m。7月3日6：50，5号导流洞工作弧门关闭，11：005号导流洞封堵闸门下闸，流量为2020m3／s，对应水位2742.18m，7月4日凌晨1：00，3号导流洞、4号导流洞（放空洞）开始过流，完成导流建筑物过流转换，12：303号导流洞、4号导流洞（放空洞）联合下泄流量超过100m3／s。

2021年8月19日上午9：45，两河口水电站水库成功蓄水至死水位2785m，累计历时70d，考虑到第一阶段蓄水达到平衡后的水位2682m，第二阶段实际水位抬高103m，累计蓄水35.23亿m3，第二阶段蓄水完成。

两河口水库第一、二阶段蓄水过程统计见表1。

表1 两河口水库第一、二阶段蓄水过程统计

3 两河口水库第三阶段提前蓄水规划

两河口水电站原计划于2021年汛期蓄至死水位2785.00m后，库水位维持在死水位2785.00m直至2023年4月，持续时间约20个月。期间，3号导流洞于2022年11月下闸，2022年11月—2023年4月底进行3号导流洞封堵，封堵期间由4号导流洞（放空洞）泄流。结合两河口水电站工程特点及工程建设进展情况，2022年汛前所有泄水建筑物均具备过流条件，水电站将完全具备工程完建后的泄流能力，第三阶段提前蓄水将不存在工程度汛安全风险，故考虑缩短水位在2785.00m运行的时间，将3号导流洞下闸及其后续导流规划整体提前1年：即3号导流洞2021年11月下闸，2021年11月—2022年4月进行3号导流洞封堵，进入2022年汛期后，两河口水库择机开始第三阶段蓄水。

在综合考虑减小坝前水位升高带来的超孔隙水压力消散、坝体变形协调方面的不利影响以及坝体边坡稳定等要求的前提下［3］，按照“早蓄慢蓄、分级抬升、逐级检验”的原则，对2022年汛期提前蓄水水位进行上限控制，2022年蓄水目标按照2845.00m控制，其中9月底前争取到2835.00m水位。2022—2023年枯水期，水库正常消落至死水位，水库最终将于2023年汛期首次蓄水至正常蓄水位2865.00m。

两河口第三阶段蓄水，需要充分考虑两河口自身以及下游锦屏一级电站的蓄水及发电需求，并尽量利用下游弃水进行蓄水。从资源合理利用的角度出发，考虑优先让锦屏一级电站将水位蓄至1846.00m后两河口再进行蓄水，结合锦屏一级蓄水计算分析及实际运行调度情况，两河口第三阶段蓄水开始时间为2022年7月。

根据国家能源局发布的NB／T10083—2018《水电工程水利计算规范》，研究采用1952—2020年7—10月的长系列日径流对两河口第三阶段蓄水过程进行模拟计算，不同蓄水方案代表年蓄水完成时间（见表2）。据统计，两河口如从7月1日和7月11日开始蓄水，汛末完成蓄水任务的概率较高（分别为97%和87%），如从7月21日开始蓄水，完成蓄水任务的概率较低（51%）。

表2 2022年汛期不同蓄水方案下代表年蓄水完成时间统计

4 两河口第三阶段提前一年蓄水对梯级电站发电效益的影响

4.1 梯级概况

雅砻江中游河段规划按“一库七级”开发，自上而下依次为两河口、牙根一级、牙根二级、楞古、孟底沟、杨房沟和卡拉水电站［4］。两河口水电站于2014年核准开工，2021年首台机组投产、预计2023年完建；孟底沟电站2021年3月核准；杨房沟于2015年核准开工，2021年首台机组投产、预计2022年完建；卡拉电站2020年6月核准；其余3座电站仍在开展前期工作。雅砻江下游河段锦屏一级、锦屏二级、官地、二滩和桐子林5座水电站全部投产，总装机容量1470万kW。

两河口2022年汛期提前从死水位向上蓄水至2845m，受到影响的下游梯级电站为：杨房沟、锦屏一级、锦屏二级、官地、二滩、桐子林共计6个水电站。杨房沟—桐子林各梯级电站基本参数见表3。

表3 杨房沟—桐子林梯级电站基本参数

4.2 梯级发电效益分析

对于电站运行方式，锦屏一级及二滩电站具备年调节能力，按照汛期等流量枯期等出力的方式运行，其他电站按照日调节电站运行［5］。

考虑到梯级电站发电量分年度考核的特征，将影响分为2022年6—12月和2023年1—5月两个时段进行分析。

（1）2022年6—12月梯级发电量变化

对于两河口来说，蓄水后一方面电站汛期运行水位有所抬高，有水头效益。另一方面，当年11—12月可发电用水量增加，故两河口2022年6—12月发电量有所增长，平均可增加2.7亿kW·h。

对于下游梯级电站，根据长系列计算及分析结果，两河口2022年汛期提前蓄水至2845m后，整体上对于2022年6—12月整个梯级的发电量有不利影响，虽然进入11—12月后两河口开始发挥补偿效益，但两河口在汛期蓄水减少的下游梯级电站的汛期电量大于其在11—12月发挥的补偿效益，故相较于原蓄水方案中两河口维持在死水位2785m运行，绝大多数年份下游梯级电站的发电量都将减少。根据多年平均统计数据，2022年6—12月，杨房沟发电量平均减少4.8亿kW·h，锦屏一级平均减少12.3亿kW·h，锦屏二级平均减少13.4亿kW·h，官地平均减少5.4亿kW·h，二滩平均减少6.3亿kW·h，桐子林平均减少0.9亿kW·h。

（2）2023年1—5月梯级发电量变化

2023年1—5月，梯级水电站的发电量将由于两河口枯期的补偿效益而增加。从两河口自身分析，2023年1—5月两河口自身平均可增加发电量19.4亿kW·h。对于下游梯级电站，杨房沟发电量平均增加9.2亿kW·h，锦屏一级平均增加17.4亿kW·h，锦屏二级平均增加24.6亿kW·h，官地平均增加9.9亿kW·h，二滩平均增加12.9亿kW·h，桐子林平均增加1.7亿kW·h。两河口—桐子林梯级发电量共计增加95亿kW·h，说明两河口蓄水后对于次年平枯期（1—5月）补偿效益较为可观。两河口水电站第三阶段提前蓄水带来发电效益见表4。

表4 两河口2022年第三阶段蓄水对2022年6月—2023年5月梯级电站发电量影响 单位：亿kW·h

整体来看，2022年当年的梯级电站年发电量由于两河口蓄水的缘故不可避免的减少，多年平均梯级发电量减少40.4亿kW·h，但次年1—5月的补偿效益更为可观，多年平均梯级发电量增加值达到95亿kW·h，2022—2023年度合计增加发电量54.6亿kW·h。根据《四川省发展和改革委员会关于再次降低四川电网一般工商业用电价格等有关事项的通知》（川发改价格〔2019〕257号），年调节及以上水电分类标杆电价为0.3766元／kW·h，不含税上网电价为0.333／kW·h，据此估算两河口2022年提前一年完成第三阶段蓄水创造经济效益约18亿元，整体上两河口2022年第三阶段提前蓄水带来的综合效益 是相当明显的。

5 结 语

两河口水电站位于四川省甘孜州境内，坝前汇入雅砻江、鲜水河、庆大河，一坝锁三江，水库调节库容65.6亿m3，是雅砻江中游河段的控制性水库，坝型为土石坝，坝高295m，最大蓄水深度达到258m，蓄水计划分为三个阶段进行。研究表明，两河口2022年汛期提前开展第三阶段蓄并蓄水至2845m后，相较于原蓄水计划，两河口—桐子林梯级水电站2022—2023年度合计增加梯级发电量54.6亿kW·h，可创造经济效益约18亿元，社会经济效益巨大。

本文采用长系列日径流对两河口第三阶段蓄水过程进行了模拟计算和效益分析，是国内首个采用该方法进行蓄水分析的高坝大库工程，对蓄水及梯级效益分析较为全面，对国内外同类型工程的蓄水规划研究有一定的借鉴意义。此外，由于实际蓄水过程与水库入库流量相关性较大，文中关于蓄水开始时间的确定还可以结合入库径流的随机性做进一步的优化研究。