永慶反調節水庫對豐滿水電站下游河段用水保障效果回顧與變化分析

張志福，張 倩，苗 強

(1.豐滿大壩重建工程建設局，吉林 吉林 132108;2.中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引言

水電站在電網中主要承擔調峰、調頻、備用等任務，其發電流量急劇變化，將引起電站下游流量和水位的波動，為了減少或消除水電站調峰不穩定流對水電站下游的供水、灌溉、航運和生態環境產生的不利影響，充分發揮水電站在電網中的調峰作用，往往在水電站下游興建反調節水庫［1］。

1 豐滿水電站調峰運行對下游供水保障的影響

1.1 豐滿水電站概況

豐滿水電站是第二松花江干流的第3個梯級與控制性工程，上游距紅石水電站約153 km，下游距吉林市16 km。豐滿水庫正常蓄水位263.5 m，相應庫容88.49億m3，死水位242 m，調節庫容61.64億m3，具有多年調節性能。豐滿水電站于1937年4月正式開工，1943年第1臺機組發電，1953年一期工程建成，1992年完成二期擴建工程，1998年完成三期擴機工程，裝機容量達到1 002.5 MW［2］。為徹底解決豐滿水電站存在的安全隱患，在經前期各階段設計論證與相關審批程序后，國家發改委于2012年10月核準了豐滿水電站全面治理(重建)工程。2013年5月1日豐滿水電站全面治理(重建)工程開工，預計2019年5月31日完工，重建工程結束后，新建電站的水庫調度方式基本保持不變，調峰性能有所增強。

1.2 豐滿水電站下游河段用水要求

(1)流域規劃用水要求。根據《松花江遼河流域水資源綜合開發利用規劃》(1992年)、《松花江、遼河流域水資源綜合規劃》(2010年)要求，豐滿水庫在枯水期壩下最小放流量調到150 m3/s，滿足吉林江段的環境用水要求即可。根據上述要求，豐滿水庫需保證150 m3/s的最小下泄流量。2000年在豐滿大壩下游15 km處修建了引松入長工程，每年向長春市引水3.08億m3，設計引水流量11 m3/s，故需要豐滿水庫最小下泄流量161 m3/s。同時根據《豐滿水電站大壩全面治理工程環境影響報告書》對電站下游江段最小生態、環境、河道外取用水要求計算分析，流域規劃確定的161 m3/s的最小下泄流量也基本符合豐滿下游吉林市區江段的最小用水要求。目前，豐滿水電站一直按照該要求發電運行。

(2)下游河段主要用水對象。豐滿水電站下游河段分布有大量的取用水設施，電站運行對水資源的調控作用顯著，因此需要兼顧各用水對象的需求情況。根據對下游河段現有主要取用水用戶調查成果，吉林市工業、生活取水口基本分布在豐滿下游約50 km的吉林市區江段范圍，均位于永慶壩下，下游取水量及取用流量較大設施有自來水一廠、自來水二廠、自來水三廠、自來水四廠、引松入長馬家泵站、吉化動力廠、吉林熱電廠、吉林鐵合金廠、吉林化肥廠、吉林松花江熱電廠、吉林化纖廠等20個單位。綜合考慮《吉林市水資源綜合規劃報告》中對吉林市用水量預測及“引松入長”工程取水要求，2020年豐滿下游河道外用水總需求約7.93億m3，相當于取水江段流量25.16 m3/s，占161 m3/s最小下泄流量的15.63%。

1.3 豐滿水電站調峰對下泄流量的影響

永慶反調節水庫建成前，豐滿水電站承擔60 MW電網基荷和每日調峰2次的運行任務［3］，維持最小249 m3/s的下泄流量;永慶水庫投入運行后，解放了豐滿水電站60 MW的基荷，豐滿水電站目前在東北電網中承擔一定的調峰任務。電站機組最大過流量為1 864 m3/s，最大調峰負荷為800 MW，最大調峰發電流量為1 040 m3/s，根據目前豐滿水電站在電網中的負荷位置，豐滿主要承擔10∶00～12∶00、16∶00～20∶00的發電任務，調峰過程中不均勻的下泄流量過程使下游河道流量、水位日內變幅較大。

而豐滿水電站下游河段供水要求河道內保持一定的水位，以保證取用水設施能夠按用水要求引水，在豐滿水電站調峰停機期間，壩下部分河段存在河底出露，將對下游河段用水對象產生不利影響;為保證通航水位及航運安全，要求河道內瞬時水位變幅很小，而豐滿水電站調峰運行時，短時間內下泄流量迅速變化，對下游航運產生不利影響;同時水電站調峰運行可能造成下游河段間歇性減脫水河段，將對下游生態環境帶來不利影響。

2 永慶水庫對豐滿水電站的反調節作用回顧

2.1 永慶反調節水庫概況

豐滿水庫為多年調節型水庫，對壩址下游河段徑流年內變化調節作用明顯，電站在電網中主要承擔調峰任務，日內下泄流量變化較大。為保證豐滿水電站滿足下游最小流量的要求，同時充分發揮其調峰作用，在豐滿大壩下游10.3 km處修建了永慶反調節水庫，永慶水庫上游水位與豐滿發電廠尾水相銜接，為日調節性能，正常蓄水位192.2 m，相應庫容1 036萬m3，死水位189.3 m，調節庫容828萬m3［2］。永慶反調節水庫于2002年9月19日開工建設，2005年11月12日投入試運行，2006年永慶反調節水庫工程竣工，豐滿水電站成為完全調峰電廠，發電時間由過去的24 h基荷發電放流，變為每日2次調峰發電。

2.2 永慶水庫反調節性能

永慶水庫設置有828萬m3的反調節庫容，根據水庫的設計要求，需保證豐滿水電站在兩次調峰期間停機13個小時的情況下，持續保障下游最小下泄流量滿足161 m3/s的要求。

根據永慶反調節水庫的設計能力，在豐滿發電廠停機狀態下，從正常蓄水位開始消落到死水位，實際能夠滿足下游最小流量進行放流的時間為14小時，要求豐滿水電站每天必須進行兩次調峰，在第一次調峰(保證永慶水庫蓄滿)停機后，14個小時之內至少再調一次峰，以補充永慶反調節水庫調節庫容的不足。

目前，豐滿水電站運行中調峰間隔時間均不超過13小時，永慶反調節水庫則通過自動流量控制系統調節閘門開度，對下泄流量進行控制，當永慶庫區水位在正常蓄水位以下時，則按照最小161 m3/s進行放流;當水位高于正常蓄水位時，則通過溢流壩段進行敞流。

2.3 永慶水庫對下游用水的保障效果

豐滿水電站在水庫運行中確定了日均下泄流量不低于161 m3/s的調度原則，但由于豐滿水電站在電網中主要承擔調峰任務，日內下泄流量變化較大。為保證豐滿水電站下游能夠持續滿足最小下泄流量的要求，不受電站調峰運行影響，同時充分發揮其調峰效益，2005年在豐滿大壩下游10.3 km處修建了永慶反調節水庫，設置有828萬m3的反調節庫容。通過永慶反調節水庫與豐滿水電站調峰運行相結合，豐滿的出庫流量能夠經過永慶調蓄后均勻下泄，進一步保障了最小下泄流量的持續穩定。

根據永慶反調節水庫下游吉林市水文站1995年～2008年的最小實測流量統計可知，在1995年～2004年期間，除1995年～1996年、1999年～2000年等時段，其余年份吉林市區江段全年中至少有3個月出現最小實測流量低于161 m3/s的情況，實測最小值為117 m3/s。在2005年～2008年，永慶反調節水庫修建以后，吉林市區江段僅2005年12月、2008年10月出現最小實測流量低于161 m3/s的情況，實測最小值為147 m3/s(根據對永慶反調節水庫實際操作記錄調查，兩次小流量出現，均為閘門試驗操作原因，且影響時間較短)?？梢姡缿c反調節水庫正常運行的情況下，對提高豐滿下游最小流量發揮了較大作用，基本不會出現下泄流量低于最小流量要求的情況。

綜上所述，永慶反調節水庫對豐滿水電站調峰的不穩定流進行反調節，保證下泄流量穩定，保證河道水位，滿足下游河段取用水設施正常取水，保障下游用水、滿足航運要求，下游河道保障一定的水流量，滿足下游生態環境對水質的要求。永慶反調節水庫不僅保證上游水電站在電網中的調峰作用，帶來了經濟效益，更為重要的是保障下游河段用水，為下游帶來了巨大的環境效益和社會效益。

3 豐滿水電站重建后對反調節運行方式的影響

3.1 豐滿水電站調峰性能變化情況

豐滿水電站重建后裝機容量由現有的1 002.4 MW增加到1 480 MW，調峰能力有所增強。最大發電流量由現狀的1 864m3/s增加到2 940 m3/s，最大調峰負荷由現狀約800 MW增加到1 275 MW，最大調峰流量由現狀的約1 000 m3/s增加到2 020 m3/s。根據運行期典型日負荷狀況，豐滿水電站承擔調峰任務的時段主要為10∶00～11∶00、16∶00～21∶00，總共調峰運行時間不到6小時，在豐滿水電站調峰停機期間，永慶庫尾2.4 km范圍內將出現最長5小時的減脫水河段。調峰時間縮短、流量增大，調峰性能增強會造成日內下泄流量的不均勻分配，加大壩下河段的流量、水位變幅。

3.2 永慶水庫調節性能變化情況

永慶水庫設有828萬m3的反調節庫容，豐滿水電站重建后永慶水庫仍按照保證下游最小161 m3/s流量的反調節方式運行，根據工程設計單位中水東北勘測設計研究有限公司對永慶反調節水庫庫容的復核，在考慮吉林市近期規劃的永慶庫區沿岸“清水綠帶”堤防工程的建設，以及壩址下移、庫區阿什砂礫石料場開采、回填等影響的情況下，豐滿水電站重建后永慶水庫反調節庫容將減小為783萬m3，反調節能力將有所降低。

3.3 運行期對下游用水的保障效果分析

在豐滿水電站運行期典型日調峰方式的制定過程中，已經考慮永慶反調節水庫的調節能力和操作方式。根據永慶反調節水庫運行期典型日豐滿調峰過程中出庫流量情況(見表1)，結合永慶反調節水庫的運行方式，計算出典型日下豐滿、永慶水庫出庫流量過程，見圖1。

根據上述不同典型日豐滿、永慶出庫流量過程分析可知，豐滿水電站每天應承擔兩次調峰任務，調峰間隔時間最長為13 h，以補充永慶反調節庫容。在豐水年夏季典型日，豐滿持續發電泄流，永慶出庫流量均大于最小流量要求;在平水年夏季典型日，利用永慶水庫的反調節作用，能夠將最小下泄流量增加到174 m3/s;在枯水年夏季典型日，以及冬季典型日，通過永慶水庫的反調節作用，能夠滿足下游最小161 m3/s下泄流量的保障要求。

4 結語

永慶水庫為豐滿水電站的反調節水庫，旨在解放豐滿水電站基荷同時保障下游城市和環境用水需求。豐滿水電站重建后裝機容量增加，調峰能力增強，下泄流量日內變化過程較現狀更加明顯，調峰期間永慶庫區水位、流量變幅增大。永慶反調節水庫將豐滿水電站運行調峰產生的不均勻泄流蓄積后均勻下泄，確保下泄流量不低于161 m3/s最小流量的要求，下游河道流量波動幅度減小，水流條件得到改善。在枯水期保證其放流量，滿足下游江段及吉林市的環境用水達到相應標準［5］。本文回顧分析了永慶反調節水庫對保障下游河段用水的效果，永慶水庫不僅保證上游水電站在電網中的調峰作用，為上游水電站增加了調峰發電效益，而且保障了下游河段用水，為下游帶來了巨大的環境效益和社會效益。

表1 典型日豐滿、永慶水庫下泄流量關系 單位:m3/s

圖1 典型日豐滿、永慶水庫出庫流量過程

［1］丁樂群，魯亞楠，王珊珊.反調節水庫綜合效益分析評價［J］.華中電力，2009，22(6):20-22.

［2］張正平，范永思，盧兆輝，等.豐滿大壩治理工程對下游水環境的影響分析［J］.水力發電，2010，36(4):9-11.

［3］中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司.豐滿水電站環境影響后評價研究報告［R］.貴陽:中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，2015.

［4］楊偉，謝福志.豐滿三期擴建永慶反調節水庫浸沒再評價［J］.東北水利水電，2012(8):6-7.

［5］楊意明，鄧鳳君.永慶反調節水庫對壩下吉林江段水質影響分析［J］.水資源保護，1999(4):8-10.

［6］周建平，魏志遠，杜效鵠.關于豐滿水電站大壩全面治理設計研究的思考［J］.水力發電，2008，34(2):81-84.