蒲石河抽水蓄能電站上水庫防洪調度方案研究

車兆瑞 ,王相波 ,李曉軍

(1.吉林省防汛機動搶險隊，吉林 長春 130022；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021)

蒲石河抽水蓄能電站上水庫防洪調度方案研究

車兆瑞1,王相波2,李曉軍2

(1.吉林省防汛機動搶險隊，吉林 長春 130022；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021)

蒲石河抽水蓄能電站是我國東北地區建成的第一座大型純抽水蓄能電站，擔負著東北電網和遼寧省電網的調峰、調頻及事故備用等任務。在確保電站度汛安全的前提下，對上水庫科學地進行防洪調度，對合理管理洪水資源，提高水能利用率，確保電站安全穩定運行，及效益發揮十分必要。

蒲石河抽水蓄能電站;防洪調度;安全穩定運行

1 基本情況

1.1 流域概況

蒲石河為鴨綠江下游右岸的一級支流，發源于遼寧省寬甸滿族自治縣縣城以北約23 km的四方頂子，由北向南流貫寬甸滿族自治縣全境，在鴨綠江干流的太平灣水電站壩址以下約5 km處匯入鴨綠江，河道全長121.8 km，流域面積1212 km2。西北與叆河流域相鄰，東北與半拉江流域接壤，東南與鴨綠江干流毗鄰，以南約70 km為黃海，流域南低北高，最高點高程1270 m，河口處高程約 30 m，最大高差約1200 m，流域上游平均高程多為500 m～800 m，中下游段為100 m～500 m。河道彎曲狹窄，河道平均寬度在100 m～500 m，河道平均比降為2.44‰，凹岸一般緊連陡峻的山體，凸岸為河漫灘，多由卵石組成，向上為二級臺地或山體等，河道比較穩定。

蒲石河流域在地形的輻合抬升作用下，易形成暴雨和大暴雨，使得本流域常成為遼東暴雨中心及整個東北地區暴雨高值區。形成暴雨的主要天氣系統有臺風、華北氣旋、冷鋒、靜止鋒和江淮氣旋等[1]，其中，以臺風型天氣系統出現的暴雨最為強烈，其產生的暴雨籠罩范圍較廣，降雨強度大。暴雨多發生在6月—9月，以7月、8月份出現的次數最多，且量級大，多數降雨量主要集中在24 h之內[1]。據本流域實測降雨資料統計，一次較大的暴雨過程持續時間一般為1～2 d，最短的不到20 h，最長的60 h左右，因流域面積小，一次降雨過程能籠罩全流域。

1.2 工程概況

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省寬甸滿族自治縣境內，鴨綠江右岸支流蒲石河河口上游約20 km處，距丹東市60 km，電站總裝機容量1200 MW，共安裝4臺單機容量為300 MW的可逆式水泵水輪機組，擔負著調峰、填谷、調頻及緊急事故備用等任務[1]。電站上水庫位于長甸鎮東洋河村泉眼溝溝首，正常蓄水位392.0 m，死水位360.0 m，興利庫容1040.3萬m3。壩址以上集水面積1.12 km2，壩址以上河道全長約1.0 km，比降91.1‰，庫區平均海拔約360.0 m，泉眼溝枯水季節斷流，汛期無雨期間流量很小。上水庫攔河壩為混凝土面板堆石壩，壩頂全長714.0 m，壩頂寬10.0 m,壩頂高程395.5 m,最大壩高78.5 m,壩上、下游坡比均為1∶1.4，大壩最大底寬237.3 m[1]。攔河壩按200 a一遇洪水設計，1000 a一遇洪水校核[1]。考慮發電水量在上下水庫間循環，洪水可通過引水發電系統下泄，上水庫不設置專門泄洪設施，遭遇超標準洪水時，需加強水情預報，提前采取放水發電措施降低壩前水位。

蒲石河抽水蓄能電站距遼寧省負荷中心區較近，地理位置優越，是東北電網和遼寧省電網的骨干調峰電源，是遼寧省境內建設條件較好的抽水蓄能電站電源點，也是我國東北地區建成的第一座大型純抽水蓄能電站，電站運行后，對東北電網的安全穩定運行及地區經濟發展產生巨大的作用。

2 邊界條件

(1)特征水位及庫容：正常蓄水位392.0 m，死水位360.0 m，設計洪水位393.6 m,校核洪水位394.0 m。總庫容1247萬m3,興利庫容1040.3萬m3,調洪庫容102.4萬m3,死庫容95.0萬m3[1]。

(2)機組參數：機組額定水頭308.0 m，最大水頭329.7 m，最小水頭287.9 m，機組額定流量444 m3/s，單機流量111 m3/s，裝機臺數4臺，單機容量300 MW[1]。

(3)水庫淹沒：在高程350.0 m以下，搬遷一戶，共5人，房屋面積380.84 m2，耕地面積1.73 hm2，正常蓄水位以上沒有耕地和人口。林地按正常蓄水位392.0 m處理，高程392.0 m以下林地面積42.07 hm2，已處理完畢。發生洪水時正常蓄水位以上為臨時淹沒，根據水電工程移民安置規劃設計規范，該部分不再進行處理。

(4)環庫公路：上水庫環庫公路是蒲石河電站對外永久交通公路的一部分，線路起點為上庫壩左壩頭，終點為上庫壩右壩頭，全長3.7 km。路基設計防洪標準為25 a一遇重現期洪水，對應的洪水位393.05 m,環庫公路設計路面高程為395.5～397.5 m，高于上水庫壩頂高程395.5 m。環庫路在庫岸坡側設置有欄桿，欄桿基礎為50 cm高混凝土墻，起到防浪作用。

(5)大壩安全：上水庫擋河壩壩頂高程為395.5 m,是由校核洪水位、設計洪水位、正常蓄水位+地震三種工況比較后由設計洪水位控制，即上水庫設計洪水位393.6 m是大壩安全的主要控制條件。

3 防洪調度方案擬定

通過對蓄水安鑒階段洪水設計成果分析，1000 a一遇及200 a一遇洪水24 h洪量分別增加了33.0%和27.5%，對洪水水位影響較大；而庫容曲線中庫容的增量略有增加又降低了部分水位的增長，綜合分析二者的影響程度可知調洪水位還會增高，因此，為達到控制上水庫洪水位的目的，防洪度汛方案的擬定應該從機組參加泄流和降低汛期運行水位兩個方面考慮再綜合確定，方案一：水位壅高、機組參加調洪預泄方案；方案二：主汛期降低運行水位方案。

3.1 方案一：水位壅高、機組參加調洪預泄方案

水位壅高、機組參加調洪預泄方案，是根據庫區淹沒影響實際處理情況，采用水庫水位適當壅高后再通過機組發電預泄的防洪調度方式。

汛期壅高水位運行時，當汛期上水庫發生不同頻率洪水且水庫水位由正常蓄水位壅高到392.5 m時，電站開啟一臺機組發電0.52 h或2臺機組發電0.26 h泄洪運行，發電下泄水量為20.6萬m3，相當于削減設計標準洪水的22%、校核標準洪水的16.6%。從洪水洪量分析看，蒲石河上水庫洪水24 h洪量主要集中在3.4 h以內，占總量的74.8%左右。表明大洪水時段遠大于需要機組泄洪的時間，水庫有充足時間進行泄洪度汛，因此，從電站發電泄洪角度分析該調度運行方案是安全的、可行的。另外，從電力系統對蒲石河抽水蓄能電站運行要求分析，在蒲石河發電廠并入東北電網調度協議中明確“保證蒲石河水庫安全，滿足水庫上下游防護對象安全的要求”，因此，當蒲石河抽水蓄能電站上水庫汛期需要泄洪時，電力系統能夠滿足電站正常發電運行要求。

若水庫水位沒有達到392.5 m就開始發電，會產生因后期來水不足、造成水位降到正常蓄水位392.0 m以下的情況，影響電站正常運行和效益發揮；若水位在392.5 m以上開始發電運行，雖然同樣能夠達到控制洪水位的目的，但考慮發電水位越高，對防洪調度越困難，因此，推薦上水庫水位達到392.5 m時，機組發電參與調洪的調度方案。方案一上水庫調洪成果見表1。

從表1可見，采用防洪預泄方案一，各頻率調洪水位與原設計調洪成果相比，均滿足要求，表明該調度方案可行。

3.2 方案二：主汛期降低運行水位方案

主汛期降低運行水位方案。考慮原電站設計發電庫容中有預留10%的余度(78.5萬m3)及新增的有效庫容(11.3萬m3)，兩者庫容和為89.8萬m3，在保證電站正常調峰發電及事故備用前提下，將主汛期發電水位由392.0 m降低到391.74 m(相應有效庫容1027.9萬m3)，仍大于調峰發電及事故備用庫容之和950萬m3運行，即上水庫主汛期洪水起調水位為391.74 m。方案二上水庫調洪成果見表2。

表1 方案一 上水庫調洪成果

表2 方案二 上水庫調洪成果表

從表2可見，頻率0.5%洪水位為393.6 m，與原設計一致。考慮壩頂高程是由設計洪水控制的，其它標準洪水對上水庫基本沒有影響，因此，采用主汛期降低運行水位到391.74 m方案，表明該調度方案可行。

4 防洪調度方案推薦

經防洪調度方案一與防洪調度方案二相比較綜合分析，方案一不需要改變水庫原有設計的主要參數，實際運行中不降低電站發電效益，操作方便、簡單易行，對上水庫淹沒不會產生影響，也不影響上水庫的環庫公路安全(環庫公路設計標準p=4%，相應洪水水位393.05 m)；方案二需改變水庫原有設計的主要參數，需重新上報審批上水庫各項基本參數，程序繁瑣、涉及問題較多、操作復雜，且因在汛期降低水位運行降低了電站的發電效益，因此，經方案對比綜合分析，推薦防洪度汛方案一，即水位壅高、機組參加調洪預泄方案做為蒲石河抽水蓄能電站上水庫的防洪調度方案。

[1] 陳學德，王海政，高潔，等.遼寧浦石河抽水蓄能電站樞紐工程竣工安全鑒定報告[R].北京：中國水電工程顧問集團有限公司，2013.

車兆瑞(1963-)，男，高級工程師，主要從事水利水電工程施工工作。E-mail:593363315@qq.com

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