探析水电站的回蓄方法
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1方案研究的目的
由于抽水蓄能电站下水库有效库容较小，而流域输沙量相对较大，有效库容的淤损将影响电站正常经济效益的发挥。因此，在工程设计时，拟选了有利于大洪水期间加大排沙的水库运行方式：当下水库入库流量大于500m3/s时，4h后库水位由正常蓄水位66.0m降到死水位62.0m，利用大洪水期降低水位排沙运行方式，将大部分入库沙量排出库外，达到减小有效库容淤积的目的。为保证电站正常运行，采用汛期降低库水位排沙运行时，需要在洪水过后退水阶段回蓄足够水量，以满足发电用水要求，否则将影响电站经济效益的发挥。为此，需选择恰当的时机回蓄水量，以保证电站既能合理排沙，又不影响电站的正常发电运行。
2回蓄方案分析
2.1回蓄方案
拟定电站上下水库抽、放水工况交替频繁，在下水库回蓄水量阶段，即要保证洪水过后尽快回蓄至正常蓄水位，又要保证回蓄时如遇电站抽水工况，取水口断面水位满足电站正常抽水运行条件。下水库正常蓄水位66.00m时的库容为2871×104m3，死水位62.00m时的库容为1616×104m3，回蓄阶段所需最大水量为1255×104m3。根据设计依据站，砬子沟站的1962至1993年实测资料分析，选择峰后无雨或小雨的37场大、中、小洪水的退水过程，综合分析确定流域的退水曲线，并据此推求退水流量与退水总量关系，流域洪水过后退水阶段水量充沛，退水流量400m3/s时，退水总量可达4500×104~6300×104m3，而最大回蓄水量为1255×104m3，回蓄所需水量占退水总量比重不大，可保证降低库水位排沙运行后下水库可回蓄至正常蓄水位。这次重点考虑流域洪水量级、场次洪水退水阶段含沙量分布特征和回蓄时间等因素，并结合电站抽水工况最大抽水流量388.2m3/s，拟定了2个回蓄方案。方案1：下水库回蓄起始水位为死水位62.00m，洪峰过后退水阶段，入库流量小于500m3/s下闸蓄水。方案2：下水库回蓄起始水位为死水位62.00m，洪峰过后退水阶段，入库流量小于600m3/s下闸蓄水。
2.2回蓄阶段
根据下水库蓄水验收阶段调查分析成果：下游生态环境对最小流量要求为1.54m3/s；沿江两岸居民生活用水约为5m3/s；蔬菜大棚灌溉取水水位要求流量5～10m3/s。抽水蓄能电站下游已建有两个小水电站，均为径流式电站，砬子沟水电站距坝址约3km，装机容量209kW，机组最大引用流量5.68m3/s；丰发水电站距坝址约10km，装机容量3200kW，机组最大引用流量37.64m3/s。下水库按丰发水电站机组最大引用流量37.64m3/s控制下泄时，可基本满足下游综合用水要求。这次分析，回蓄阶段以不影响下游用水要求为原则，按37.64m3/s控制下泄。
2.3回蓄可靠性分析
（1）回蓄水量。前述分析可知，该流域洪水过后退水阶段水量充沛，可保证降低库水位排沙运行后回蓄至正常蓄水位。因此，回蓄阶段多长时间能回蓄至正常蓄水位更为重要。该次选取37场入库洪峰流量大于600m3/s的大、中、小实测洪水摘录资料，按拟定的回蓄方案，分析回蓄至66.00m水位时的回蓄时间。方案1平均回蓄时间为10.4h，最长回蓄时间为15h（1992年），最短回蓄时间为8h；方案2平均回蓄时间为8.6h，最长回蓄时间为12h（1992年），最短回蓄时间为7h；各方案均可满足回蓄至正常蓄水位要求，回蓄时间的长短与前期干旱程度、降雨历时长短和雨型分布有关。上述回蓄时间按62.00～66.00m之间的有效库容1255×104m3计算，如扣除冰库容、备用库容水量，则仅需864×104m3水量就能保证电站正常运行，因此回蓄水量是有保证的。
（2）回蓄阶段下水库水位。回蓄阶段遇抽水工况，如果下水库水位低于死水位，则可能影响电站正常抽水运行。这次按回蓄起始时刻下水库水位处于死水位时，遭遇电站按最大抽水流量连续抽水运行6h的最不利工况，分析下水库可能达到的水位。电站最大抽水流量为388.2m3/s，满足下游综合用水要求控泄流量为37.64m3/s，为保证抽水工况下水库水位不低于死水位，则需回蓄阶段的前6h时段平均入库流量不小于425.84m3/s。根据前述37场洪水过程线，按回蓄起始时刻电站以最大抽水流量连续运行6h，逐一进行洪水调节计算，推求各场洪水回蓄阶段的库容和库水位变化过程，据此统计不同回蓄方案下的水库消落最低水位，方案1回蓄阶段水库最低运行水位低于死水位的洪水有15场，其中最低运行水位为61.36m，方案2回蓄阶段水库最低运行水位低于死水位的洪水仅有1场，最低运行水位61.95m。下水库进出水口顶板（拦污栅顶）高程59.50m，根据蓄水安全鉴定阶段下水库进出水口水力计算成果，顶板以上最小淹没水深为1.92m，即下水库运行水位不低于61.42m方能满足最小淹没水深要求。方案1最低运行水位61.36m，不能满足进出水口顶板以上最小淹没水深要求，而方案2最低运行水位61.95m，仅比死水位低0.05m，较进出水口顶板高2.45m，可满足电站正常抽水运行要求。综上分析，按方案1回蓄，则下水库有近40%的场次洪水运行水位出现低于死水位情况，且个别年份最低运行水位不能满足顶板以上最小淹没水深要求，下水库水位保证程度不高。方案2则仅有1年水位低于死水位，对电站抽水运行无影响，方案2满足回蓄阶段的水位运行条件。
2.4回蓄方案选定
采用汛期降低库水位排沙运行方案，回蓄可靠性是评价排沙运行方案优劣的重要依据。对比分析两种拟定回蓄方案，方案2无论从回蓄水量上，还是从不利遭遇组合情况下的水库水位运行条件，均能满足电站正常运行要求。因此，回蓄方案选择方案2，即：下水库回蓄起始水位为死水位62.00m，洪峰过后退水阶段入库流量小规划设计于600m3/s下闸蓄水，控制下泄流量37.64m3/s。
3结论
在满足下水库汛期排沙运行的时，保证电站发电调度正常运行的重要方案，通过对37场实测大、中、小型洪水过程分析，结合工程下游现有用水户用水需求，从回蓄水量、回蓄时机和工程自身的要求等多方面分析，最终推荐“洪峰过后退水阶段入库流量小于600m3/s下闸蓄水”的回蓄方案，即满足了下水库降低水位排沙运行的要求，又在最大程度上减少对电站发电的影响。
作者：魏樱陈俊匡兵孙庆财单位：辽宁丹东太平湾发电厂丹东辽宁省水文资源勘测局抚顺中水东北勘测设计研究有限责任公司长春吉林省防汛机动抢险队
