徐小玲,鄭慶華,邱招林

(1.江山市碗窯水庫管理局,浙江 江山 324100;2.江山市農(nóng)業(yè)開發(fā)辦公室,浙江 江山 324100)

1 工程概況

碗窯水庫,壩址位于在江山港支流達(dá)河溪下游碗窯村附近,距江山市區(qū)12 km。碗窯水庫是以灌溉為主,結(jié)合供水、發(fā)電、防洪等綜合利用的大 (2)型水利工程,是浙江金衢盆地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總體規(guī)劃的重大開發(fā)項(xiàng)目。水庫最大壩高79 m,控制流域面積212.5 km2,多年平均流量7.434 m3/s,總庫容2.23億m3,正常蓄水位194.24m(85國家高程基準(zhǔn),下同),相應(yīng)正常庫容為2.08億m3。防洪庫容0.15億m3。工程建成后,能保證下游2.14萬hm2農(nóng)田的灌溉用水量,同時(shí)向江山市區(qū)日供水10萬t;壩后水電站(下稱碗窯電站)裝機(jī)容量1.26萬kW(2×6 300 kW),多年平均發(fā)電量3 074萬kW?h,工程按100 a一遇洪水設(shè)計(jì),1 000 a一遇洪水校核。

碗窯電站于1997年5月并網(wǎng)發(fā)電,至今已運(yùn)行了12 a,截止2008年底,電站累計(jì)發(fā)電量達(dá)41 240萬kW?h,多年平均發(fā)電量為3 437萬 kW?h,較設(shè)計(jì)年發(fā)電量 3 074萬kW?h多11.8%,其中,1998年全年發(fā)電量達(dá)5 186萬kW?h,居歷年最高。

總體來說,電站的發(fā)電效益是顯著的。這一方面是因?yàn)殡娬具\(yùn)行初期庫區(qū)降雨量偏多,加上長臺溪引水工程建成后,每年可增加水庫來水近4 000萬m3,水庫可供發(fā)電的水量大;另一方面,則是因?yàn)樗畮煺{(diào)度水平逐漸提高,單位電量用水有所降低。經(jīng)分析認(rèn)為水庫的控制運(yùn)用及電站的發(fā)電效益并沒有達(dá)到最佳狀態(tài),水庫的調(diào)節(jié)作用沒有完全發(fā)揮。這就產(chǎn)生了水庫運(yùn)用水位的控制、能否通過抬高水庫運(yùn)用水位來增加發(fā)電效益、可增加多少效益、水庫運(yùn)用水位抬高后有無風(fēng)險(xiǎn)等問題,都是值得去分析、探討。

2 抬高水庫運(yùn)行水位的可行性

綜合各方面分析,水庫抬高水位運(yùn)行是可行的,主要理由有:

(1)大壩運(yùn)行正常。根據(jù)水庫大壩10多年的監(jiān)測資料,大壩運(yùn)行狀態(tài)總體正常,到目前為止未發(fā)現(xiàn)明顯安全隱患,通過復(fù)核,水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)、大壩強(qiáng)度和穩(wěn)定均滿足現(xiàn)行GB 50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和SL 319—2005《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求,為水庫抬高運(yùn)行水位提供了有力的保證。

(2)水庫調(diào)節(jié)作用未能得到充分發(fā)揮。碗窯水庫總庫容有2.23億m3,與多年平均徑流總量基本持平,其本身所擁有的調(diào)節(jié)能力是巨大的。但根據(jù)水庫運(yùn)行資料,自1997—2008年,水庫的平均運(yùn)行水位為182.06 m,平均最高水位為189.37m,平均最低水位為171.20 m(見表1)。從表1中可以看出,在水庫運(yùn)行的12 a中,僅2002年的最高水位接近設(shè)計(jì)正常水位194.24 m,年內(nèi)最高水位在190.00m以下的有8 a,最低的2001年與設(shè)計(jì)正常水位相差近10m。也就是說,這8 a中,水庫尚有3 900萬～8 000萬m3庫容的調(diào)節(jié)作用沒有發(fā)揮,水庫本身具備抬高運(yùn)行水位的能力。

表1 水庫各年運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)表m

(3)良好的外部條件。隨著 《中華人民共和國再生能源法》的頒布實(shí)施,電力部門在汛期應(yīng)優(yōu)先安排水電站發(fā)電,可望緩解以往有水無發(fā)電指標(biāo)的矛盾,為水庫抬高水位運(yùn)行創(chuàng)造了外部條件。

3 抬高水庫運(yùn)行水位的效益分析

從發(fā)電實(shí)測流量資料中可以看出,庫水位越高,其單位千瓦時(shí)電量的耗水量越小(見表2),亦即:庫水位越高,單方水的效益越高。自1997—2008年,平均年發(fā)電量3437萬kW?h,按平均起發(fā)水位179.19m計(jì),需水24380萬m3,若將起發(fā)水頭抬高至192m,同樣以3437萬kW?h電僅需水19650萬m3,可節(jié)省水量4730萬m3,相當(dāng)于可多發(fā)800萬kW?h的電,其效益是顯著的。

表2 水庫水位與發(fā)電用水量關(guān)系表

根據(jù)文獻(xiàn)[1].和水文分析的結(jié)果來看,水庫抬高運(yùn)行水位,增加效益最明顯的是中水年,由于枯水年來水過少,豐水年來水過多,效益增加相對稍差,但總的來說,抬高水庫運(yùn)行水位的效益還是顯著的,就中水年而言,在發(fā)電量相同的情況下,抬高水位運(yùn)行與實(shí)際運(yùn)行相比,可節(jié)約發(fā)電用水6192萬m3,單位電量的耗水減少1.65m3。對于枯水年,抬高水位運(yùn)行與實(shí)際運(yùn)行相比,在發(fā)電量相同的情況下,可節(jié)約發(fā)電用水1491萬m3,單位電量的耗水減少1.19m3。對于豐水年,抬高水位運(yùn)行與實(shí)際運(yùn)行相比,在相同用水的情況下,可增加發(fā)電量500萬kW?h,單位電量的耗水減少0.71m3(見表3)。由此可見,水庫的調(diào)度運(yùn)行是有很大潛力可挖的。

表3 各典型年抬高水位運(yùn)行效益比較表

4 抬高水庫運(yùn)行水位的風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)文獻(xiàn)[2].,綜合碗窯水庫運(yùn)行情況分析,水庫的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),是指抬高水位后,水庫可用于調(diào)節(jié)的庫容減小了,由此產(chǎn)生的2種后果:一是水庫不能攔蓄后期來水,開閘泄水,但下泄流量未超過下游河道的允許泄量,該風(fēng)險(xiǎn)僅造成水庫的經(jīng)濟(jì)損失。二是水庫開閘泄水,下泄流量超過了下游河道的安全泄量,該風(fēng)險(xiǎn)不僅造成水庫的經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)也給下游沿岸造成損害。

對第1種風(fēng)險(xiǎn),不能單純以棄水就是損失來看待,而應(yīng)作具體分析:如因抬高水位所帶來的效益高于棄水造成的損失,那是值得的;如棄水損失大于抬高水位的效益,那就得不償失了,但這種情況可以通過水文預(yù)報(bào)及合理確定水庫控制水位,把出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的可能性降到最低。

對第2種風(fēng)險(xiǎn)是不允許出現(xiàn)的。由于現(xiàn)代氣象預(yù)報(bào)技術(shù)的日趨先進(jìn),其預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性越來越高,可通過對氣象預(yù)報(bào)的分析,及時(shí)開閘預(yù)泄,降低水庫水位,避免對下游造成危害。

由此可見,抬高水位運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)是有的,風(fēng)險(xiǎn)本來就是與效益并存的,但可以通過提高預(yù)報(bào)精度,合理確定水庫控制水位,對后期降雨進(jìn)行科學(xué)分析等一系列措施,減少風(fēng)險(xiǎn)損失,也就是以最小的風(fēng)險(xiǎn)換取水能的最大效益。

5 結(jié) 語

通過對碗窯水庫十多年運(yùn)行資料、調(diào)度實(shí)況以及其中3個(gè)典型年抬高水位運(yùn)行效益的比較分析,碗窯水庫具備抬高水位運(yùn)行的能力,可進(jìn)一步提高電站的發(fā)電效益,由此增加的效益最明顯的是中水年,其次是枯水年,最后是豐水年。而提高水位運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn),可通過提高預(yù)報(bào)精度,合理確定水庫控制水位來規(guī)避。

[1].顏竹丘.水能利用 [M]..北京:水利電力出版社,1986.

[2].張勇傳.優(yōu)化理論在水庫調(diào)度中的應(yīng)用 [M]..長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,1985.