寶珠寺水電站水能資源綜合利用分析

許 小 東， 張 丹 威

(華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元 628003)

隨著我國工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，能源、生態(tài)環(huán)境、地區(qū)平衡發(fā)展已經(jīng)成為影響經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要問題，正確的水電開發(fā)對解決這些問題具有重要的意義。如何降低水電開發(fā)過程中的某些不利因素，并著重提高水電綜合利用效能就成為我們必須積極面對和探索的問題。

1 工程概況

寶珠寺水電站位于四川省廣元市三堆鎮(zhèn)，是嘉陵江水系支流白龍江規(guī)劃中的第二個梯級水電站，距上游碧口電站87 km。混凝土重力壩，最大壩高132 m，壩頂全長524.48 m，正常蓄水位588 m，死水位558 m，校核水位時水庫總庫容25.5億m3，調(diào)節(jié)庫容13.4 m3，水電站裝機(jī)容量70萬kW，設(shè)計年發(fā)電量22.78億kWh。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉綜合效益。電站擔(dān)任四川電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)峰和事故備用作用。1984年復(fù)工，1996年第一臺機(jī)組發(fā)電，1998年竣工。

寶珠寺電站工程為大(1)型一等工程，主要樞紐建筑物為一級建筑物，大壩設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按千年一遇洪水設(shè)計，萬年一遇洪水校核，上游碧口水庫可能最大潰壩洪水作為非常洪水復(fù)合大壩安全。

壩址控制流域面積28 428 km2，設(shè)計多年來平均流量336 m3/s，多年平均年徑流量105億m3。千年一遇設(shè)計洪水流量18 600 m3/s，相應(yīng)庫水位588.3 m；萬年一遇校核洪水流量24 300 m3/s，相應(yīng)庫水位591.8 m；總庫容25.5億m3。正常蓄水位588 m，相應(yīng)庫容21.0億m3；死水位558 m，調(diào)節(jié)庫容13.4億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)性能。

2 寶珠寺水庫水電綜合利用

2.1 水能發(fā)電

寶珠寺水電站在四川電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)著調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的任務(wù)，對提高電網(wǎng)的供電保證率、緩解電網(wǎng)峰荷電力供應(yīng)緊張起到了十分重要的作用，是該電網(wǎng)的骨干調(diào)峰電源之一。

寶珠寺電廠處于川北電網(wǎng)的末端，而且是該地區(qū)唯一的電源支撐點(diǎn)，對電網(wǎng)的穩(wěn)定起到了舉足輕重的重要作用，主要表現(xiàn)在調(diào)壓及事故備用。川北電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性及電能質(zhì)量都到了保障，機(jī)組的快速啟停，為保證電網(wǎng)潮流分布、線路不過載、電網(wǎng)的安全穩(wěn)定作出了貢獻(xiàn)，創(chuàng)造了極大的社會效益[1]。

同時寶珠寺電站與本流域上游的碧口水電站和下游的紫蘭壩水電站進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)行，每年增加了梯級保證出力約2.1萬kW，與嘉陵江干流梯級電站聯(lián)合運(yùn)行增加梯級保證出力約11萬kW。

寶珠寺電站自投產(chǎn)以來，因受自然環(huán)境和氣候變化的影響，白龍江流域的年徑流量相比偏小很多，1998～2013年的年均徑流約為78.7億m3左右，平均入庫流量僅為249 m3/s，徑流總量僅維持在設(shè)計值的74.9%；2013年創(chuàng)造最高來水量101億m3，其余年份來水量低至53.11億m3。多年來，年平均發(fā)電量為14.15億kWh，僅為設(shè)計年發(fā)電量的62.1%，遠(yuǎn)低于設(shè)計值。以上數(shù)據(jù)見表1。

表1 寶珠寺水力發(fā)電廠年徑流量、年平均流量和年發(fā)電量統(tǒng)計表

天然來水量的不足，使得寶珠寺水庫的實際運(yùn)行狀況受到了較大的影響，電站在電力系統(tǒng)中的作用沒有得到充分發(fā)揮，各年份完成的發(fā)電量與設(shè)計年發(fā)電量相差甚遠(yuǎn)。除了天然來水量，影響發(fā)電效益的因素還很多。如何利用這有限的來水水能發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)效益就成了寶珠寺電廠自運(yùn)行以來一直思考和探索的課題。在近年的實際運(yùn)行中，根據(jù)白龍江流域的降雨和產(chǎn)流特點(diǎn)，結(jié)合四川電力系統(tǒng)的電源、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按照設(shè)計運(yùn)行的總原則，制定科學(xué)的優(yōu)化調(diào)度方案，充分降低水庫棄水的風(fēng)險和耗水率，做到既能汛期充分利用水能，又能保證在訊末水庫有較高的蓄水成功率。圖1明顯反映出2005年以后，寶珠寺水電站年發(fā)電量在逐年增加的趨勢。2012年寶珠寺電廠在充分利用來水的基礎(chǔ)上，大力開展優(yōu)化調(diào)度和節(jié)能降耗工作，年發(fā)電量首次突破了22億kWh，達(dá)到了年設(shè)計發(fā)電量。

寶珠寺水力發(fā)電廠通過不斷采取各項優(yōu)化調(diào)度措施方案，尋求經(jīng)濟(jì)效益最大的電站運(yùn)行方式，確保了最近幾年寶珠寺電廠發(fā)電量逐年提升的佳績。

2.2 防洪效益

寶珠寺水庫有一定的調(diào)洪庫容6.75～7.25億m3，對不同頻率的洪水有著一定的削峰作用。如果遇到碧口水庫潰壩的非常洪水，天然洪峰流量達(dá)103 200 m3/s，經(jīng)寶珠寺水庫調(diào)蓄后下泄流量為17 740 m3/s，可消減84 560 m3/s；遇到萬年一遇洪水，天然洪峰流量達(dá)24 300 m3/s，經(jīng)寶珠寺水庫調(diào)蓄后下泄 約 為 16 060 m3/s，消減了8 240 m3/s；遇到千年一遇洪水，天然洪峰流量為18 600 m3/s，經(jīng)寶珠寺調(diào)蓄后下泄約10 350 m3/s，消減洪峰流量為8 250 m3/s。

圖1 寶珠寺水電站年發(fā)電量柱狀圖

寶珠寺水庫在實際運(yùn)行中，為了及時掌握水庫流域的雨情水情，增長洪水預(yù)報的預(yù)見期和提高預(yù)報精度，確保安全度汛，寶珠寺水力發(fā)電廠與南京水利水文自動化研究所合作，研制了寶珠寺水力發(fā)電廠水情自動化測報系統(tǒng)，并于1999年投入運(yùn)行，為汛期的水庫安全調(diào)度提供了科學(xué)的決策依據(jù)，對水庫進(jìn)行有控制性的調(diào)洪，成功與下游洪水錯峰并消減洪峰，大大消減中小洪水的洪峰流量，減輕了下游洪水造成的災(zāi)害損失。

1998年8月19～20日長江中下游地區(qū)正遭遇第7次洪峰，白龍江發(fā)生相當(dāng)于234年一遇洪水，入庫流量為16 470 m3/s，在電站尚未完建的條件下，控制下泄流量為6 856 m3/s，攔 蓄 洪 水 3.06億m3，消峰近10 000 m3/s，錯峰6 h，從而保證了寶成鐵路，以及白龍江、嘉陵江沿岸人民的生命財產(chǎn)安全，有效減輕了長江第七次洪峰流量和洪水總量，大大減輕了長江中、下游抗洪壓力，顯現(xiàn)了電站的防洪效益，受到國家防總、原國家電力公司的高度贊揚(yáng)[2]。

2.3 下游電站的調(diào)節(jié)效益

白龍江是嘉陵江最大的支流，于廣元市昭化鎮(zhèn)匯入嘉陵江。嘉陵江昭化水位站和下游的亭子口水文站多年水文資料分析顯示，白龍江支流多年平均來水流量占亭子口多年平均來水流量的50%～60%[3]，其他支流多年平均來水量占亭子口多年平均來水量的20%。這一結(jié)果表明嘉陵江上游的來水主要源于白龍江支流，特別是枯水期白龍江來水占嘉陵江上游來水的比例更大。寶珠寺水庫建成后，枯水期嘉陵江上、中游來水量通過寶珠寺水庫的水量調(diào)節(jié)，日平均流量在原水文系列枯水季節(jié)的基礎(chǔ)上增大了近90 m3/s的流量，對嘉陵江流域各梯級徑流式水電站增加枯水期的發(fā)電量起到了關(guān)鍵作用。

2.4 生態(tài)環(huán)境影響

2.4.1 節(jié)能減排

寶珠寺電站充分發(fā)揮了白龍江流域豐富的水能資源，一方面為地方經(jīng)濟(jì)提供巨大的優(yōu)質(zhì)綠色電能；另一方面減少了當(dāng)?shù)氐拿禾肯暮蜏厥覛怏w的排放，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，取得了積極成效。自寶珠寺水電站1991年實現(xiàn)大江截流至2013年12月，累計發(fā)電226.4億kWh，相當(dāng)于節(jié)省原煤808萬噸，減少二氧化碳排放量2 116萬噸(計算標(biāo)準(zhǔn)：1度電供電煤耗為360 g；1噸煤燃燒產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w2.62噸)。同時，優(yōu)質(zhì)的電能為地方經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供了強(qiáng)大動力。

2.4.2 庫區(qū)小氣候的影響

根據(jù)監(jiān)測資料分析，寶珠寺水庫形成以后，由于水體調(diào)溫效應(yīng)，庫區(qū)呈現(xiàn)出夏季氣溫下降，冬季上升的規(guī)律，氣溫年較差趨于減小。庫區(qū)降雨量和降雨日數(shù)與天然河道差別不大，而庫周一定范圍內(nèi)，由于水氣的擴(kuò)散，夏季降雨量及日數(shù)略有增加；相對濕度都有不同程度的減小，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的機(jī)制是：夏季庫岸陸面由于溫度降低，空氣飽和水氣壓降低，但是由于蒸發(fā)力降低且較前者幅度為大，導(dǎo)致地面濕度相對減少；冬季氣溫升高，飽和水氣壓相應(yīng)增大，但由于蒸發(fā)力增大幅度較前者小，同樣阻止了相對濕度回升。由于冬季氣溫升高，導(dǎo)致初霜推遲，終霜提前，總霜期減少。庫區(qū)環(huán)境的改變，使得兩岸山體綠色植被較建庫前繁茂。

2.4.3 水溫與水質(zhì)變化影響

根據(jù)2000對寶珠寺水庫水溫和水質(zhì)的監(jiān)測資料分析，寶珠寺水庫形成后，庫內(nèi)水體垂向分層現(xiàn)象十分明顯，壩前變溫層溫度梯度介于0.05～0.09 ℃/m，在春、夏增溫季節(jié)，水庫下瀉水溫比河流天然水溫低，在降溫季節(jié)，水庫下瀉水溫天然河流水溫高，與水庫的氣溫效應(yīng)一致[4]。

水庫蓄水后，由于上游閉口河段以及庫區(qū)內(nèi)網(wǎng)箱養(yǎng)魚和搬遷集鎮(zhèn)污水等未經(jīng)處理排入庫內(nèi)，導(dǎo)致總磷、總氮等營養(yǎng)指標(biāo)有所超標(biāo)，同時由于庫水對土壤和金屬礦床的侵泡，汞、鉛、鉻等元素較多的溶出，使得水體中上述指標(biāo)比建庫前增加[5]。

2.5 周邊產(chǎn)業(yè)效益

2.5.1 養(yǎng)殖

70多平方公里的白龍江流經(jīng)的是山、丘陵、峽谷，落差大，河庫面窄，過去很難尋求一個養(yǎng)殖的段面，養(yǎng)殖業(yè)幾乎沒有。自從寶珠寺水庫建成蓄水后，形成幾十公里的大湖面，庫水深、水質(zhì)好，養(yǎng)殖業(yè)從無到有，由小到具一定規(guī)模，可謂興旺發(fā)達(dá)。2004年，廣元庫區(qū)漁業(yè)產(chǎn)值達(dá)6 336萬元。養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展和商品價格的提高，把20年前電站設(shè)計者對水產(chǎn)養(yǎng)殖效益的估算放大了整整10倍。在三堆鎮(zhèn)，人均漁業(yè)收入已突破1 000元/年。

白龍湖水域境內(nèi)屬亞熱帶溫潤季風(fēng)氣候，常年平均氣溫13.7 ℃，平均水溫15.2 ℃，流域范圍無城市污染，水體年交換系數(shù)3.71，融氧量高，有機(jī)餌料豐富，水質(zhì)常年保證為國家二類水質(zhì)，自然條件十分適宜銀魚生長。1996年，南京銀魚移植馴化中心與青川縣移民開發(fā)公司合作開發(fā)移植大銀魚和短吻銀魚，1999年開始，白龍湖銀魚就出口到日本、東南亞及歐美市場。到2010年，每年庫區(qū)銀魚銷售400多噸，產(chǎn)值2 400多萬元。

2.5.2 油橄欖

被稱為四川農(nóng)業(yè)新星的油橄欖種植業(yè)也因水庫而興。這種挑剔的農(nóng)作物對氣候、土壤、水分、濕度要求極高。專家認(rèn)為，面積350平方公里的白龍湖風(fēng)景區(qū)，是我國最適宜種植油橄欖的極少數(shù)地區(qū)之一。目前，廣元已成功種植油橄欖11萬畝，以每公斤橄欖油國際市場售價150元計算，到2007年進(jìn)入盛產(chǎn)期，橄欖油產(chǎn)值可達(dá)16億元，種植區(qū)10萬農(nóng)民將由此增收。

2.6 航運(yùn)效益

嘉陵江由廣元至重慶通航里程732 km，是川北的主要水運(yùn)航道。白龍江流域夏季水流量大，注入長江支流的嘉陵江中，航運(yùn)部門和沿江農(nóng)民的短途運(yùn)輸，主要靠夏秋季營運(yùn)，稱之為創(chuàng)益的黃金時段，春冬兩季水量小，斷航十分嚴(yán)重，稱之為休航時段。該省航運(yùn)部門對寶珠寺水電站的最小下泄流量提出了要求，經(jīng)設(shè)計審查確定，寶珠寺水電站的日最小流量限制為85 m3/s。自從有了不完全年調(diào)節(jié)水庫，在流域水管部門的指揮下有效的放水，改變了航運(yùn)的休航狀況。

2.7 灌溉效益

工程為滿足灌溉引水的要求，在樞紐左岸預(yù)留孔口位置。若飲水灌溉得以實施，由庫內(nèi)每年可飲水10億m3，灌溉嘉渠地區(qū)233萬畝的土地，加上土、肥、種等有關(guān)措施的改善，每年可增產(chǎn)糧食5～7億斤。

1982年，四川省水利廳來函(川水發(fā)(1982)規(guī)309號)稱：從總體規(guī)劃上嘉渠地區(qū)需要從寶珠寺工程引水，但根據(jù)水利建設(shè)的布置近期很難安排。因此，僅在左岸25號擋水壩段內(nèi)預(yù)留灌溉取水口，現(xiàn)用混凝土堵頭進(jìn)行封堵。

3 水電綜合利用的體會和建議

(1)寶珠寺電站水電的綜合利用的效益是可觀的，我們有必要在實事求是的基礎(chǔ)上，在加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，積極宣傳大力開發(fā)水電和綜合利用水電資源的重要意義。

(2)自寶珠寺水電站建廠以來與設(shè)計發(fā)電量相比，發(fā)電量嚴(yán)重不足，造成實際發(fā)電量與設(shè)計發(fā)電量差距較大的原因有很多，其中最主要的原因就是入庫流量偏少；其次寶珠寺水電站運(yùn)行以來基本都是按設(shè)計的水庫調(diào)度圖運(yùn)行，運(yùn)行中存在如下問題：一是某些年份由于訊末水庫入庫流量很小，不能蓄至正常蓄水位，二是某些年份由于訊末水庫入庫流量較大，而四川電力系統(tǒng)在這一段時間吸納電量的能力又較弱，造成水庫被迫大量開閘放水，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重；三是四川電力系統(tǒng)每年6～9月份為豐水期，5月和10月為平水期，11月至次年4月為枯水季節(jié)，而四川電網(wǎng)在枯水期吸納電量的能力較好，但在每年的5月下旬至10月下旬期間大量的徑流式電站競相上網(wǎng)，造成電網(wǎng)吸納電量的能力較弱[6]。

在此研究分析的基礎(chǔ)之上，寶珠寺水電站結(jié)合實際情況，修正原水庫調(diào)度圖，積極開展水庫優(yōu)化調(diào)度工作，同時改變以往發(fā)電量最大的目標(biāo)，積極尋求發(fā)電量與經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合，即考慮豐平枯及不同時段的電價，結(jié)合電網(wǎng)的需求，尋找經(jīng)濟(jì)效益最大的電站運(yùn)行方式。

(3)水庫形成后，通過發(fā)展?jié)O業(yè)和旅游業(yè)，確實給周邊的群眾帶來了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。但通過對庫區(qū)水質(zhì)的長期監(jiān)測分析，發(fā)現(xiàn)總磷、總氮等營養(yǎng)指標(biāo)有所超標(biāo)。因此，在發(fā)展庫區(qū)旅游和漁業(yè)的同時，應(yīng)該注意環(huán)境保護(hù)，加強(qiáng)對庫區(qū)及移民集鎮(zhèn)污染源排放和庫區(qū)漁業(yè)養(yǎng)殖等的管理，合理規(guī)劃旅游設(shè)施及項目，嚴(yán)格控制網(wǎng)箱養(yǎng)魚的范圍和規(guī)模，減少污物的排放，切實保護(hù)庫區(qū)和下游水質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李世軍,彭麗,任仲熙.寶珠寺水力發(fā)電廠運(yùn)行分析[J].四川水力發(fā)電,2007,26(3)：24-26.

[2] 安盛勛，孫保平.寶珠寺水電站樞紐布置及重點(diǎn)技術(shù)問題[J].西北水電，2007,1：28-40.

[3] 黃群.寶珠寺電站對下游電站的調(diào)節(jié)效益補(bǔ)償問題的探討[J].四川水力發(fā)電,2002,21(2):13-16.

[4][5] 戴松晨.寶珠寺水庫蓄水前后水溫、水質(zhì)變化回顧[J].水電站設(shè)計,2011,17(4):58-60.

[6] 張秀菊,鐘平安,顏婷立.寶珠寺電站設(shè)計效益與運(yùn)行效益差異分析[J].水力發(fā)電,2005,31(12):74-76.