龍灘水電站下游河道疏浚治理工程效益分析

楊 艷

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

龍灘水電站下游河道疏浚治理工程效益分析

楊 艷

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

通過總結龍灘水電站下游河道疏浚治理情況,分析了龍灘水電站不同出庫流量時尾水位的變化趨勢,并從增加發電量、降低發電耗水率、改善尾水出口流態幾個方面對疏浚治理工程進行效益分析。分析結果顯示,龍灘水電站下游河道疏浚治理經濟效益非常顯著。

效益分析；河道疏浚；下游；尾水位；龍灘水電站

1 下游河道疏浚治理前現狀及施工情況

1.1 疏浚治理前現狀

龍灘水電站一期工程于2001年7月1日開工建設,2008年12月31日所有機組投產發電,由于施工期遺留下來的石渣未被徹底清理,占據了原河道位置,而原天然河道的暗礁也較多,且長年因水流沖刷堆積的石渣沙土亦擠占河床,縮窄了河道寬度,導致龍灘水電站尾水出水不暢,尾水位雍高,機組發電水頭降低,影響電站發電效益。

1.2 疏浚治理工程施工情況

2011年11月至2012年5月,利用夜間負荷低谷時段,對尾水出口下游至龍灘大橋段的河道進行疏浚治理,將主河道開挖清理至高程220 m。疏浚治理是在不影響兩岸岸坡穩定、不影響堆渣區坡腳穩定、三期河道治理已將主河道清理至225 m高程的基礎上將主河道繼續向下開挖至220 m高程,同時對河道主要阻水部位及河道中從河岸一直延伸到河中央的多處礁石進行開挖清理,其疏浚區域包括：①廠房尾水出口下游(A區)；②Ⅵ標營地下游兩岸(B區)；③左岸鋼管廠堆渣區坡腳(C區)；④龍灘大橋上游兩岸阻水段(D區)；⑤右岸導流洞出口下游到原來右岸B區擋頭處(新增A區)；⑥右岸水廠下方103號航塔與104號航塔間區域(右岸新增C區)。施工總布置詳見圖1。項目共計開挖土石方達488 372.34 m3。

2 尾水水位對比分析

龍灘水電站下游河道疏浚工作結束后,以500 m3/s為一個流量等級對全廠發電流量自500～4 000m3/s(7臺機組滿發流量3 850 m3/s,)的實測尾水位作前后對比分析。由于龍灘尾水位～流量關系曲線受下游巖灘水庫回水影響,因此分析時采用巖灘水庫水位相同、相同出庫流量等級對應的實測尾水位數據進行施工前后數據對比,并依此畫尾水位流量關系曲線。考慮到施工前后巖灘水庫水位運行在219.5～222 m區間,因此取巖灘水位在219.5～222.0 m期間的龍灘尾水位～流量關系曲線作圖(見圖2)。

圖1 下游河道疏浚治理平面總布置示意

從圖2可看出,在巖灘水位不同情況下,河道疏浚治理前后龍灘尾水位有明顯下降,說明河道疏浚后效果很明顯,但不同的出庫流量,尾水位下降幅度稍有不同。為更準確計算尾水位降幅,對各曲線作回歸分析,擬合曲線方程計算不同出庫流量對應的尾水位降低值,統計結果見表1。

圖2 不同巖灘水位時龍灘出庫流量與尾水位關系曲線

龍灘出庫流量/m3·s-1巖灘庫水位/m219522002205221022152220尾水位平均降低值/m5000330180260200490180271000042044043048057027044150004706105406706103305420000480680580760650460602500044066055078074056062300003605604507005804305135000230360280440400250334000006007005008012001007

從表1看,當巖灘水位一致時,下游河道疏浚之后相同出庫流量對應的尾水位比疏浚之前有不同程度的降低。當出庫流量在500 m3/s時,尾水位降低了0.2 m左右；而當出庫流量在1 500～2 500 m3/s時,尾水位降幅達到最大,最大降幅約在0.5～0.8 m之間不等,但當出庫流量繼續增加達到4 000 m3/s時,尾水位下降幅度減小。

龍灘水電站在南方電網系統中承擔調峰、調頻、事故備用的作用,日間負荷變化較大,夜間負荷低谷時段出力小,基本保持單機出力運行,白天負荷高峰時段出力則較大,尾水位變幅也較大。考慮到數據統計及曲線擬合方程出現的計算偏差,同時為了方便計算,取龍灘水電站大部分時段運行區的發電流量對應尾水位變幅計算平均值,電站發電以來,出庫流量大部維持在500～3 500 m3/s之間；因此計算該流量區間對應尾水位平均下降了0.47 m。即下游河道疏浚后,龍灘水電站機組平均發電水頭抬高了0.47 m。

3 效益分析

3.1 增發電量

龍灘水電站為年調節水庫,上游水位變幅最大達45 m(330～375 m高程),各月運行水頭變化較大,年平均增發電量計算較為復雜；為簡化計算,取多年平均綜合出力系數K值代入電量計算公式

W=K×Q×ΔH×T

(1)

式中,W為年平均增發電量,kW·h；K為多年平均綜合出力系數,K=9.81×η(效率系數)；Q為多年平均發電流量,m3/s；ΔH為平均發電水頭增加值,m；T為年發電時間,取8 760 h。

龍灘水電站自機組投產發電以來,多年平均綜合出力系數K為 8.77,多年平均發電流量為1 190 m3/s,水頭增加值ΔH按0.47 m計算,年平均增發電量計算理論值為4 287萬kW·h(這里僅考慮理論計算值,不考慮水頭損失、功率損失等損耗),按龍灘水電站當前上網電價0.307元/kW·h計算,年增發電量收益為0.307×4 287=1 316萬元,增發電量收益明顯。

3.2 發電耗水率的影響

發電耗水率是衡量水電站經濟運行情況的一個重要指標,它是指生產單位電量所消耗的發電水量,其計算公式

(2)

式中,Q為發電流量,m3/s；T為計算時長；K為綜合出力系數,其與機組的效率等綜合因素有關,K=9.81×η(綜合效率系數)；H為機組毛水頭。

從以上耗水率的計算公式可知,耗水率的大小由發電水頭和發電效率兩個因素決定。龍灘水電站機組最大水頭179 m,最小水頭97 m,額定水頭140 m,額定流量554.52 m3/s,自投運以來基本運行在最優工況區(高效率運行區),假定發電效率η不變,根據式(2)計算在額定水頭下,有效水頭抬高0.47 m時,耗水率下降約0.34%。根據電量計算公式(1)可知,在額定出力情況下,由公式Q額定/Q=(H額定+ΔH)/H額定計算出當發電水頭提高了0.47 m時對應機組發電流量為552.66 m3/s,即在額定出力情況下,發電流量降低了1.86 m3/s。

3.3 改善尾水出口流態,為河道行洪提供有利條件

疏浚工程通過清理下游河道施工石渣、疏挖下游河道險灘及礁石,降低了河底高程,拓寬了河道寬度,改善了尾水出口流態,使尾水出口水流平穩順暢,減少對左右岸邊坡的沖蝕,還為河道行洪提供有利條件,行洪能力得到相應提高,確保了防洪安全,同時也改善了下游河道的航運條件,降低船只發生觸礁的可能。

4 結 語

綜上所述,龍灘下游河道疏浚項目施工帶來的經濟及社會效益是非常明顯的。該項目總投資約1 347 萬元,按以上分析結果看,年增發電量為1 316 萬元,則1年后即可收回投資成本,投資回報率高。龍灘水庫建成后,紅水河泥沙量大幅減少,下游河道泥沙堆積速度減緩,通過這次疏浚可確保未來幾年內無需再對下游河道進行清理,無后期追加成本。由此可見,該項目帶來的經濟效益是很可觀的。

[1]楊永福. 公伯峽水電站尾水河道疏浚后經濟效益分析[J]. 水電站機電技術, 2008, 31(3)： 112- 114．

[2]衛獻群, 張寧, 劉平湖. 萬家寨水利樞紐下游河道堆渣對尾水位及發電效益影響分析[J]. 水利經濟, 2010, 28(2): 65- 66．

[3]王衛國, 陳念水, 周恒. 水電站尾水河道疏浚開挖的研究[J]. 西北水電, 2012, (1)： 26- 28．

[4]姚威. 三板溪水電站尾水河床疏挖效益研究[J]. 云南水力發電, 2015, 31(3): 124- 129．

[5]郭慶超, 曹文洪, 陸琴, 等. 小灣水電站壩下游河道清淤措施研究[C]∥第七屆全國泥沙基本理論研究學術討論會論文集. 北京： 中國水利學會泥沙專業委員會, 2008: 539- 544．

(責任編輯 陳 萍)

Benefit Analysis of Downstream River Dredging Project of Longtan Hydropower Station

YANG Yan

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

By summarizing the dredging situation of downstream channel of Longtan Hydropower Station, the changes of tailwater level in different outflows of Longtan Hydropower Station are analyzed, and the benefits of dredging project are also analyzed from the aspects of increasing power generation, reducing water consumption rate of electricity generation, and improving the flow pattern of tail water outlet. It can be seen from analysis results that the economic benefit of downstream channel dredging is very significant．

benefit analysis; river dredging; downstream; tailwater level; Longtan Hydropower Station

2017- 02- 16

楊艷(1983—)女(侗族),貴州錦屏人,工程師,主要從事水庫調度運行工作．

TV851(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0079- 03