龍灘水電站水資源優(yōu)化利用

李 清，張 強(qiáng)

（龍灘水電開(kāi)發(fā)有限公司，廣西 天峨 547300）

龍灘水電站水資源優(yōu)化利用

李 清，張 強(qiáng)

（龍灘水電開(kāi)發(fā)有限公司，廣西 天峨 547300）

介紹龍灘水電站綜合利用效益以及實(shí)施梯級(jí)調(diào)度的主要原則，分析龍灘水庫(kù)調(diào)度中存在的問(wèn)題，并提出解決方案，優(yōu)化利用水資源。

龍灘水電站；水資源優(yōu)化利用；綜合利用效益

1 工程簡(jiǎn)介

龍灘水電站是廣西境內(nèi)最大的水電工程，也是紅水河梯級(jí)開(kāi)發(fā)的控制性工程，壩址位于廣西天峨縣境內(nèi)，距天峨縣城15km，是紅水河綜合利用規(guī)劃的第四個(gè)梯級(jí)電站。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益。壩址以上流域面積98500km2，占紅水河流域面積的71%。壩址多年平均流量1640m3/s，年均徑流量517億m3。工程主要由大壩、地下發(fā)電廠房和通航建筑物三大部分組成。其裝機(jī)容量規(guī)劃為6300MW，安裝9臺(tái)700MW的水輪發(fā)電機(jī)組，年均發(fā)電量187億kW·h，水庫(kù)正常蓄水位400m，總庫(kù)容273億m3，防洪庫(kù)容70億m3，水庫(kù)具有多年調(diào)節(jié)功能。目前已經(jīng)完成的一期工程建設(shè)，水庫(kù)正常蓄水位375m，總庫(kù)容163億m3，防洪庫(kù)容50億m3，電站裝機(jī)容量4900MW，安裝7臺(tái)700MW的水輪發(fā)電機(jī)組，年均發(fā)電量156.7億kW·h。主體工程于2001年7月1日開(kāi)工建設(shè)，2003年11月6日完成大江截流，2006年9月30日電站成功下閘蓄水，2007年5月21日，首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2008年12月23日，一期工程最后一臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行。

2 龍灘水電站綜合利用效益

2.1 發(fā)電效益

龍灘多年平均發(fā)電量為156.7億kW·h，年有效納入系統(tǒng)電量153.6億kW·h，加上增加下游巖灘、大化、百龍灘三電站年電量12.73億kW·h，可等效替代系統(tǒng)火電發(fā)電量174.65億kW·h（龍灘替代系統(tǒng)火電電量按系統(tǒng)吸納的龍灘電量乘以1.05當(dāng)量系數(shù)計(jì)算），若火電發(fā)電標(biāo)煤煤耗取320g/kW·h，可節(jié)約標(biāo)煤558.9萬(wàn)t，若按照1t標(biāo)準(zhǔn)煤排放2.25t二氧化碳計(jì)算，可減排1257.53萬(wàn)t二氧化碳，減排作用非常明顯。

龍灘水庫(kù)的蓄能補(bǔ)償作用巨大，除本身巨大的發(fā)電效益外，還大大增加紅水河梯級(jí)水電站的效益，調(diào)節(jié)紅水河梯級(jí)的出力過(guò)程，提高外送電能的可靠性及穩(wěn)定性，對(duì)提高紅水河水電基地的電能質(zhì)量、解決廣西電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)性矛盾、改善受電區(qū)供電質(zhì)量都將發(fā)揮巨大的作用。隨著龍灘水庫(kù)的投入，極大促進(jìn)了下游梯級(jí)的發(fā)電效益，汛前大幅度增加調(diào)節(jié)流量，巖灘及下游各梯級(jí)入庫(kù)流量在常年來(lái)水的基礎(chǔ)上均有不同程度增加；汛期均勻泄放使下游梯級(jí)入庫(kù)流量極為平穩(wěn)，利于預(yù)報(bào)并減少出力受阻程度，同時(shí)還保證了階段性枯水的發(fā)電用水；汛后大幅度增加供水流量，加大增加了下游梯級(jí)的發(fā)電能力，發(fā)電效益十分顯著。

2.2 防洪效益

龍灘水庫(kù)是西江上最大的水庫(kù)，也是最主要的防洪水庫(kù)，控制面積98500km2，占西江梧州控制站流域面積的30%。根據(jù)防洪規(guī)劃，到2020年西江中下游完成江海堤防達(dá)標(biāo)建設(shè)，建成西江大藤峽水利樞紐，龍灘水庫(kù)設(shè)置50億m3防洪庫(kù)容，大藤峽水庫(kù)設(shè)置15億m3防洪庫(kù)容，堤庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用，將潯江和西江兩岸一般保護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)由10～20年一遇提高到20～30年一遇，梧州市由50年一遇提高到100年一遇。

西江中下游防洪工程體系控制性工程的大藤峽水利樞紐尚未建設(shè)，因此，根據(jù)防洪規(guī)劃，結(jié)合現(xiàn)狀防洪能力，龍灘水庫(kù)設(shè)置50億m3防洪庫(kù)容，與下游堤防聯(lián)合運(yùn)用，使梧州市河?xùn)|區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)由10年一遇提高到50年一遇，河西區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到100年一遇，即以梧州為防洪控制斷面，把梧州100年一遇洪水削減為50年一遇以下，50年一遇洪水削減為44900m3/s（10年一遇設(shè)計(jì)流量）以下。

2008年，龍灘水庫(kù)正常蓄水的第一年，發(fā)揮了對(duì)流域洪水的巨大調(diào)蓄作用，使下游梯級(jí)的防洪壓力大為減輕，為各梯級(jí)水電站的安全度汛奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2008年汛期，由于龍灘水庫(kù)的攔蓄和調(diào)節(jié)，在保證下游梯級(jí)發(fā)電用水的同時(shí)，最大限度地削減洪峰流量，5～9月，龍灘壩址以上流域發(fā)生洪峰流量超過(guò)5000m3/s的洪水共5場(chǎng)，其中最大洪峰流量達(dá)到10350m3/s，但經(jīng)過(guò)龍灘水庫(kù)的攔蓄，相應(yīng)級(jí)別的洪水在下游梯級(jí)減少到1～2次，并使下游巖灘、大化、百龍灘分別于5月28日、6月12～17日免遭了兩次洪峰流量超過(guò)10000m3/s的洪水，使樂(lè)灘兩次免遭了洪峰流量超過(guò)15000m3/s的洪水，極大地緩解了下游梯級(jí)的防洪壓力。同時(shí)由于其均勻的泄放也較大程度地減少了下游梯級(jí)電站出力受阻，大化、樂(lè)灘避免了兩次因入庫(kù)流量過(guò)大造成的停機(jī)，百龍灘機(jī)組累計(jì)停運(yùn)時(shí)間也較以往減少了50%左右。

2.3 通航效益

龍灘水庫(kù)未形成前，南盤江河道多峽谷、險(xiǎn)灘，天然狀態(tài)下分段通航，上游通2～4t的木船；中下游受雷公灘天險(xiǎn)礙航，上、下游航行不能貫通。坡腳村以下132km可季節(jié)性通航30t的機(jī)動(dòng)船，只有5t以下的木帆船可全年通航。北盤江天然落差1982m，平均比降4.4%，董箐以上灘險(xiǎn)迭起，為不通航河段，僅下游董箐至兩江口長(zhǎng)約105km河段可通航。

龍灘水庫(kù)形成后，淹沒(méi)紅水河2/3的主要險(xiǎn)灘，庫(kù)區(qū)干流約180～220km范圍內(nèi)河段形成常年深水航道，下游經(jīng)龍灘調(diào)節(jié)后，枯水期流量大幅增加；龍灘水庫(kù)上游最低通航水位，按水庫(kù)水位335m考慮，相應(yīng)通航保證率為94%；水庫(kù)下游最低通航水位，按水電站單機(jī)最大引用流量的60%（相應(yīng)約300m3/s）考慮，相應(yīng)水位為221m，航運(yùn)條件大為改善，具有明顯的航運(yùn)效益。

2.4 壓咸補(bǔ)淡及生態(tài)用水

近年來(lái)，隨著珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、人口快速增長(zhǎng)、城市化進(jìn)程的加快，區(qū)域內(nèi)用水量急劇上升；同時(shí)極端氣候頻繁出現(xiàn)、上游大型水利工程的相繼蓄水、下游河床變化加劇，嚴(yán)重影響枯水期干流河道下泄流量。在自然和人類活動(dòng)因素的共同影響下，目前咸潮危及三角洲地區(qū)超過(guò)1500萬(wàn)人口的供水安全，使珠三角再一次成為珠江流域備受關(guān)注的熱點(diǎn)，并引起國(guó)務(wù)院的高度重視。

龍灘水庫(kù)擔(dān)負(fù)下游珠江三角洲地區(qū)枯水期壓咸補(bǔ)淡和生態(tài)用水的要求，對(duì)于三角洲地區(qū)供水安全具有重要意義。為了達(dá)到壓咸補(bǔ)淡的目的，就要求枯水期河道中的徑流量達(dá)到一定的要求，增大增強(qiáng)枯水期徑流動(dòng)力，抑制咸潮上溯，使主要水道咸界下移，為珠江三角洲地區(qū)及時(shí)搶淡蓄淡提供水源保證。以2005年底～2006年初珠江三角洲地區(qū)發(fā)生的咸潮災(zāi)害為例：2005年11月26日～2006年1月15日，珠海、澳門累計(jì)無(wú)法正常取水達(dá)48天；中山全祿水廠12月27日～30日連續(xù)4天含氯度超標(biāo)；12月30日，磨刀門水道廣昌泵站的含氯度達(dá)10000mg/L、聯(lián)石灣水閘含氯度達(dá)7130mg/L，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的40倍、28.5倍（國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)為含氯度≤250mg/L），成為有記錄以來(lái)最嚴(yán)重的情況。自2007年龍灘水電站投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，每年都在接受和積極配合珠江防總進(jìn)行壓咸補(bǔ)淡調(diào)水工作，2007年～2011年的供水期，龍灘水庫(kù)累計(jì)入庫(kù)水量為507.57億m3，累計(jì)出庫(kù)水量729.8億m3。供水期出庫(kù)比入庫(kù)多下放了222.23億m3；與多年平均相比，龍灘水庫(kù)在2007年至2008年供水期多供水46.31億m3，2008年至2009年多供水173.67億m3，2009年至2010年多供水 22.11億 m3，2010年至 2011年多供水127.19億m3，其調(diào)蓄作用明顯，在珠江委調(diào)水壓咸過(guò)程中起到重要作用，有力保障了冬季澳門、珠海用水。特別是2009年末至2010年初，紅水河流域遭遇罕見(jiàn)的秋、冬、春連旱，整個(gè)流域水庫(kù)均超低水位運(yùn)行，上游來(lái)水及降雨嚴(yán)重不足，龍灘水庫(kù)在珠江防汛抗旱總指揮部調(diào)度下，不斷優(yōu)化調(diào)度方案，盡最大可能保證下游供水。2009年至2010年枯水期，龍灘水庫(kù)共下放112.24億m3水量，比實(shí)際來(lái)水多下放了49.03億m3，充分發(fā)揮其優(yōu)越的調(diào)蓄功能，為珠江三角洲地區(qū)枯水期壓咸補(bǔ)淡提供大量的淡水，對(duì)于緩解珠海、澳門等地的供水緊張形勢(shì)具有重要作用。

3 梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度

3.1 調(diào)度原則

龍灘電站建成后，成為紅水河流域梯級(jí)“龍頭”水庫(kù)，梯級(jí)調(diào)度效益開(kāi)始顯現(xiàn)，通過(guò)與巖灘聯(lián)合防洪可切實(shí)有效提高下游電站防洪標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)減少汛期下游電站出力受阻，并使得梯級(jí)棄水大幅度減少。在實(shí)施梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度過(guò)程中，電廠與電網(wǎng)達(dá)成共識(shí)，形成紅水河流域梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度主要調(diào)度原則。

第一是滿足系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。水電站水庫(kù)及大壩樞紐的安全和水輪發(fā)電機(jī)組及其它電力設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，是優(yōu)化調(diào)度方案有效實(shí)施的基礎(chǔ)條件。在電網(wǎng)緊急事故情況下必須予以無(wú)條件服從，確保電網(wǎng)安全。

第二是適應(yīng)徑流過(guò)程和負(fù)荷過(guò)程。天然徑流來(lái)水過(guò)程有著明顯的豐枯變化規(guī)律性，又具有隨機(jī)、突變等不確定性，對(duì)此應(yīng)充分和準(zhǔn)確把握，實(shí)現(xiàn)水能資源利用的最大化。另一方面，電網(wǎng)負(fù)荷過(guò)程（包括日負(fù)荷、周負(fù)荷、年負(fù)荷）同樣也是一個(gè)客觀多變的過(guò)程，梯級(jí)水電的發(fā)電運(yùn)行必須適應(yīng)和滿足這個(gè)客觀過(guò)程的要求，優(yōu)化調(diào)度方案才具有可操作性。優(yōu)化調(diào)度應(yīng)充分運(yùn)用整個(gè)梯級(jí)的徑流調(diào)節(jié)和庫(kù)容補(bǔ)償作用，發(fā)揮水庫(kù)群的調(diào)節(jié)能力進(jìn)行調(diào)度，使年度、月度和日發(fā)電計(jì)劃滿足電網(wǎng)的實(shí)際負(fù)荷需要。

第三是個(gè)體最優(yōu)服從整體最優(yōu)。實(shí)施梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度意味著將梯級(jí)水電站群作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。個(gè)別電站或部分電站的個(gè)體最優(yōu)或者局部利益只有服從梯級(jí)整體效益最大化的要求，才能真正實(shí)現(xiàn)整個(gè)流域水能資源的充分利用。

第四是遵循梯級(jí)水庫(kù)最優(yōu)蓄放水次序。在汛前供水期，梯級(jí)水庫(kù)應(yīng)遵循由上至下逐級(jí)放空的蓄放水次序，以充分保障整個(gè)梯級(jí)的最小耗水率運(yùn)行。汛期梯級(jí)出現(xiàn)洪水過(guò)程時(shí)，應(yīng)遵循由上至下逐級(jí)攔蓄的順序，上游水庫(kù)以保證本身和下游水庫(kù)能達(dá)到滿發(fā)出力為條件，控制出庫(kù)攔蓄洪水，直至達(dá)到汛限控制水位；各梯級(jí)水庫(kù)逐級(jí)控制，使梯級(jí)各水庫(kù)均達(dá)到汛限水位。汛末蓄水時(shí)，則應(yīng)遵循由下至上逐級(jí)蓄滿的順序，在確保各大水庫(kù)均能蓄滿的前提下，使得在蓄水過(guò)程中整個(gè)梯級(jí)能夠優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

第五是滾動(dòng)調(diào)整計(jì)劃。實(shí)際來(lái)水過(guò)程不可避免與預(yù)測(cè)結(jié)果存在偏差，電網(wǎng)運(yùn)行中往往也存在諸多不可預(yù)見(jiàn)的情況。因此在優(yōu)化調(diào)度方案的實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際來(lái)水變化情況和電網(wǎng)運(yùn)行要求對(duì)原計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，做到“月計(jì)劃、周調(diào)整、日跟蹤”，確保優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

在此調(diào)度原則基礎(chǔ)上對(duì)優(yōu)化目標(biāo)編制相應(yīng)發(fā)電方案，達(dá)到提高梯級(jí)水資源利用的目的；同時(shí)在滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求下，合理調(diào)配梯級(jí)電站間發(fā)電出力，達(dá)到梯級(jí)電站發(fā)電效益較大。

3.2 調(diào)度措施

做好水能利用工作，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度主要采取加強(qiáng)水、雨情預(yù)報(bào)，提高來(lái)水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，開(kāi)展電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低耗水等措施。每月對(duì)來(lái)水進(jìn)行總結(jié)分析，不斷總結(jié)來(lái)水規(guī)律，利用多種模型對(duì)來(lái)水進(jìn)行預(yù)報(bào)，并對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行分析，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)來(lái)水，為優(yōu)化調(diào)度提供準(zhǔn)確依據(jù)。每年都對(duì)區(qū)間來(lái)水展開(kāi)分析，形成報(bào)告，以期提高預(yù)報(bào)精度。加強(qiáng)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)管理，保證水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)暢通，及時(shí)收集流域水情信息，以進(jìn)一步提高水情預(yù)報(bào)和水庫(kù)調(diào)度準(zhǔn)確性和及時(shí)性，保證電站安全高效運(yùn)行。每年汛前3～4月組織專業(yè)技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次全面檢查，汛中隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查維護(hù)，確保系統(tǒng)年度暢通率達(dá)95%以上，可用度達(dá)85%。開(kāi)展廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，避免大機(jī)帶小負(fù)荷，嚴(yán)禁空轉(zhuǎn)和在機(jī)組的振動(dòng)區(qū)內(nèi)運(yùn)行。同時(shí)密切配合總調(diào)，避免為短期效益而降低庫(kù)水位，做到電調(diào)、水調(diào)相統(tǒng)一的原則，以充分利用水資源的目的。開(kāi)展中、長(zhǎng)期預(yù)報(bào)研究工作，合理攔蓄尾洪，確保汛末蓄水目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4 存在問(wèn)題及解決方案

由于《珠江流域防洪規(guī)劃》把原設(shè)計(jì)汛限水位從7月底推遲到8月底，大大降低了水庫(kù)蓄至正常蓄水位的概率。為此，龍灘公司委托有關(guān)科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展龍灘水庫(kù)汛期限制水位動(dòng)態(tài)調(diào)度研究和后汛期分期蓄水控制水位研究工作，以期使龍灘水庫(kù)更加合理調(diào)配水資源，為節(jié)能減排以及下游壓咸補(bǔ)淡發(fā)揮更大的作用。

水庫(kù)動(dòng)態(tài)汛限水位控制是根據(jù)實(shí)時(shí)雨、水情，利用暴雨洪水預(yù)報(bào)成果，在不降低水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，不增加水庫(kù)淹沒(méi)，確保工程及上、下游地區(qū)防洪與航運(yùn)安全的前提下，按照經(jīng)科學(xué)論證的水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制方案確定的控制范圍對(duì)汛限水位進(jìn)行浮動(dòng)的調(diào)度過(guò)程。龍灘實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)汛限水位控制，主要考慮龍灘預(yù)報(bào)、預(yù)泄調(diào)度方式。

龍灘水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，己經(jīng)經(jīng)歷了7個(gè)汛期，系統(tǒng)總體運(yùn)行情況良好，系統(tǒng)功能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；根據(jù)洪水預(yù)報(bào)方案在近年來(lái)的應(yīng)用結(jié)果，預(yù)見(jiàn)期在24h以內(nèi)（含24h）的龍灘壩址流量預(yù)報(bào)精度較高，預(yù)報(bào)合格率高于98%，優(yōu)良率高于80%。龍灘水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)精度達(dá)到規(guī)范要求，有較好的可利用性。近年來(lái)由于完成了精度較高的降雨、洪水預(yù)報(bào)，為優(yōu)化水庫(kù)調(diào)度提供了可靠的決策依據(jù)。也為汛期汛限水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用打下良好基礎(chǔ)。

實(shí)施汛限水位動(dòng)態(tài)控制可使龍灘多年平均全年發(fā)電量比原方案多1.07億kW·h。其中，汛期電量比原方案增加0.99億kW·h，枯期電量增加0.08億kW·h。汛電量增加主要體現(xiàn)在水量利用率增加了0.62%，發(fā)電水頭增加僅0.02m?？萜陔娏吭黾芋w現(xiàn)在汛末蓄水量的增加，長(zhǎng)系列計(jì)算結(jié)果表明，8月末平均水位可提高0.05m，10月末平均水位可提高0.01m。

關(guān)于后汛期分期蓄水已經(jīng)有初步研究成果。8月1日預(yù)留防洪庫(kù)容30億m3，相應(yīng)蓄水控制水位為366.00m；8月11日預(yù)留防洪庫(kù)容20億m3，相應(yīng)蓄水控制水位為369.17m；8月21日預(yù)留防洪庫(kù)容15億m3，相應(yīng)蓄水控制水位為370.68m。按此分期蓄水控制水位方案計(jì)算，多年平均發(fā)電量為157.52億kW.h，比調(diào)整前增加1.19億kW.h，水庫(kù)蓄滿率由調(diào)整前的68.4%提高至81.6%。

5 結(jié)語(yǔ)

龍灘水庫(kù)的蓄能補(bǔ)償作用巨大，在紅水河水電能源基地開(kāi)發(fā)利用中具有舉足輕重的作用。龍灘水電站是紅水河梯級(jí)開(kāi)發(fā)和“西電東送”的戰(zhàn)略工程，不僅發(fā)電效益巨大，而且對(duì)提高紅水河水電基地的電能質(zhì)量、解決廣西電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)性矛盾、改善受電區(qū)供電質(zhì)量都將發(fā)揮重要的作用；同時(shí)，龍灘水電站是西江流域不可替代的重要防洪工程，改善水環(huán)境作用明顯，是實(shí)現(xiàn)紅水河全河通航的關(guān)鍵工程。龍灘水電站的投產(chǎn)，為紅水河流域?qū)嵭刑菁?jí)聯(lián)合運(yùn)行創(chuàng)造了條件，并將在梯級(jí)聯(lián)合運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。

TV737

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1672-5387（2011）05-0021-04

2011-08-26

李清（1977-），男，工程師，長(zhǎng)期從事水情測(cè)報(bào)和水庫(kù)調(diào)度工作。