四川省碩曲河干流鄉城段水電規劃方案優化與調整

黃 宇， 王 文 奇

(1.大唐四川發電有限公司，四川 成都 610074； 2.四川省清源工程咨詢有限公司，四川 成都 610072)

1 問題的提出

2005年3月，四川省發展改革委員會、四川省水利廳以“川發改能源﹝2005﹞147號”下發了《關于印發甘孜州碩曲河干流鄉城、得榮段水電規劃報告審查意見的通知》，審查“同意考慮金沙江干流梯級電站回水影響、河流特性、鄉城縣城河段不脫減水、閘(壩)廠址條件及行政區劃等因素，碩曲河干流在鄉城縣河段內規劃古瓦、娘擁、鄉城、洞松、格龍五級電站……”。鄉城縣境內的五個梯級電站規劃總裝機容量47.7萬kW，保證出力10.15/10.85萬kW(單獨/聯合運行)，多年平均年發電量23.26/23.69億kWh(單獨/聯合運行)。其中古瓦為季調節水庫電站，洞松和鄉城梯級為近期開發工程。

《關于印發甘孜州碩曲河干流鄉城、得榮段水電規劃報告審查意見的通知》中明確指出“溫辛柯溝口至拉瑪隆河段平緩、河谷相對開闊，蓄水條件好，兩岸邊坡穩定，在避開斷層影響的前提下，規劃擬定季調節水庫電站古瓦電站基本合適。該電站位于無人居住地區，淹沒損失小，現壩高僅57 m，可獲3 086萬m3庫容，下階段應進一步研究提高古瓦電站水庫正常蓄水位或下移壩址，提高其調節能力和調節效益。” 因此，在開展碩曲河鄉城段梯級電站預可行性研究工作之前，需對“龍頭”水庫古瓦電站及其下游梯級的開發方式、特征水位、調節性能、裝機規模等進行復核和深入研究，為政府的最終決策提供科學依據。

2 規劃方案優化

2.1 規劃梯級總體布局

碩曲河干流在鄉城縣河段內規劃有古瓦、娘擁、鄉城、洞松、格龍五級電站。從對河流水能資源的利用程度分析，集雨面積100 km2以上的支流徑流都得到了充分利用，古瓦電站利用引水隧洞將壩址下游支流鄧波曲(集雨面積517 km2)徑流引入古瓦水庫加以利用，支流日日韻(集雨面積159 km2)和浪充擁(集雨面積106km2)徑流直接進入鄉城水庫，支流熱勒擁(集雨面積181 km2)徑流匯入洞松水庫，支流休岡登(集雨面積210 km2)和然烏曲(集雨面積253 km2)徑流匯入格龍水庫；從規劃階段確定的工程規模看，各梯級裝機容量除格龍為4.2萬kW，其他梯級在7.8萬kW～14.7萬kW之間，電站規模較為適中；從各梯級引水隧洞長度看，除格龍電站為6.9 km外，其他梯級在17 km～19.4 km之間，引水隧洞施工難度較小。

綜合上述，碩曲河鄉城段的規劃梯級開發方案總體布置格局合理，支流水能資源利用較充分，可作為規劃優化的基礎。

2.2 規劃方案優化思路

以碩曲河鄉城段的梯級開發總體布置格局不變為原則，結合現場查勘選點情況，主要從如下3個方面研究規劃方案優化問題：

(1)提高龍頭水庫的調節性能，增加梯級補償效益

碩曲河干流在鄉城縣河段利用落差約900 m，提高龍頭水庫的調節性能，可增大庫蓄電能，并大大改善梯級補償效益。

根據河流特性、地形和地質情況分析，古瓦水電站規劃壩址下游連續分布有鄧波曲(左岸)、登洛(右岸) 、擦金許(左岸) 、永隆(右岸)四條支溝，河道平均坡降為8‰，坡度較緩，具有較好的壩址。因此擬將壩址由規劃階段的拉瑪隆上游1 340 m處下移約3.4 km到擦金許溝下游約880 m處，既能避開日戈―拉瑪隆斷層，又可省去鄧波曲引水工程、縮短引水隧洞長度；為使電站尾水與下游娘擁梯級調整后的正常蓄水位及水庫回水水位銜接，同時將古瓦廠址由洼龍溝上游調整至洼龍溝下游。

古瓦水庫按完全年調節考慮時，正常蓄水位為3 405 m，攔河大壩壩高從規劃階段的57 m增加到150 m，水庫正常蓄水位以下庫容由3 086萬m3增加到2.809億m3，調節庫容由2003萬m3增加到2.64億m3，電站裝機容量由12.6萬kW 增加到22.2萬kW，多年平均年發電量由5.61億kWh增加到7.77億kWh；由于古瓦“龍頭”水庫電站調節性能的提高，并與下游娘擁、鄉城、洞松、格龍4級電站基本同步運行，4級電站的裝機容量較規劃階段增加9.90萬kW，增加年發電量2.235億kWh，古瓦對下游梯級的補償調節效益顯著。

(2)從總效益分析梯級上、下游水位銜接關系

娘擁規劃壩址位于熱玉上游約1.4 km的不忍溝口下游附近，規劃階段的水庫正常蓄水位3 099 m，相應庫容為727萬m3，死庫容543萬m3，調節庫容184萬m3，攔河壩高度達36 m。據分析，娘擁水電站單獨運行時約需日調節庫容79萬m3，上游梯級古瓦水電站建成后約需日(反)調節庫容50萬m3。顯然，規劃階段娘擁確定的日調節庫容和死庫容均偏大，壩高偏高。在水庫滿足日調節要求的前提下，娘擁可將正常蓄水位由3 099 m降至3 087 m，壩高降低12 m。從總效益分析梯級上、下游水位銜接關系，娘擁電站正常蓄水位降低后，娘擁電站壩與古瓦電站廠之間的水頭12 m可將古瓦廠址適當下移加以利用。

此外，在考慮梯級合理銜接的同時，其他梯級亦在規劃梯級范圍內，根據地形、地質條件對壩(閘)址、廠址位置進行適當調整，如鄉城壩(閘)址適當上移，廠址適當下移。

(3) 盡量利用河段水頭

規劃階段從滿足“鄉城縣城河段不脫減水”的要求出發，規劃的鄉城梯級廠址位于縣城上游約2 km處，洞松梯級壩址位于縣城下游約3.5 km處，鄉城水電站廠址到洞松水電站壩址之間河段長約5.5 km，河段平均比降6.2‰，洞松梯級正常蓄水位 2 744 m時與上游鄉城水電站尾水間有 19 m水頭未利用。

為充分利用鄉城―洞松梯級之間丟棄的19 m水頭，對洞松梯級的開發方式進行了初步研究。丟棄水頭的利用方式有兩種，一是抬高水位與上游鄉城梯級尾水相接，但該方案壩高將超過40 m，淹沒耕地和房屋較多，增加了移民安置難度，且工程投資較大，不宜選取；二是將壩址上移約1.2 km的紅星橋附近，壩址仍位于鄉城縣城下游，滿足鄉城縣城河段不脫減水的景觀要求，正常蓄水位由2 744 m提高到2 754 m與鄉城梯級尾水(由2 763 m調整為2 754 m)相接。同時考慮規劃階段洞松水電站廠址位于洞松橋下游約500 m處右岸臺地上，該處廠房后坡基座階地堆積物厚度近100 m，調壓室位置離廠房距離遠，壓力管道不但很長且出口困難。本階段經現場踏勘，考慮將廠址上移約500 m到洞松橋頭，該處廠房基礎能置于基巖上，壓力管道長度減短，出口方便。廠址上移后洞松梯級少利用的約3 m水頭可由格龍梯級利用。

2.3 梯級規劃優化方案擬定

綜合上述分析，碩曲河干流梯級主要優化對象是古瓦“龍頭”水庫電站。優化方案主要考慮古瓦廠址下移，利用娘擁電站正常蓄水位降低的10 m水頭；古瓦壩址下移，充分利用鄧波曲等支流徑流，同時增大支庫，正常蓄水位抬高，調節性能改善。方案擬定的實質是古瓦水庫的正常蓄水位及相應調節性能的關系。

古瓦水庫控制下游鄉城段的娘擁、鄉城、洞松、格龍四個梯級共利用落差約930 m。因此，古瓦水庫正常蓄水位的選擇除了考慮本電站水庫淹沒、壩址所在河段的地形地質條件、水工布置、壩高和建設難度、工程投資及電站動能經濟指標等因素外，更主要的是要分析古瓦水庫對下游梯級的補償調節效益和在系統中的作用。

為進一步分析古瓦水庫壩高與工程量、投資及發電效益的關系，在河流水電規劃已批復龍頭水庫為季調節的基礎上，結合古瓦龍頭水庫電站不同調節性能，擬定3 400 m(季調節)、3 405 m(年調節)、3 410 m(多年調節)三個正常蓄水位方案進行動能經濟比較。各方案死水位根據水工、施工總體布置要求，均暫采用3 320 m；各方案裝機容量及裝機年利用小時數根據調節性能分析確定，即季調節、年調節和多年調節的裝機利用小時數分別約為4 000 h、3 500 h和3 000 h，相應裝機容量分別為189 MW、222 MW、264 MW。

從優化四川電網的電源結構，提高梯級發電效益以及綜合考慮本電站調節性能、水庫淹沒、工程量及工期、動能經濟指標等因素綜合分析，推薦古瓦水電站的正常蓄水位為3 405 m。

古瓦水庫電站正常蓄水位3 405 m方案動能經濟指標見表1，相應下游各電站發電效益指標見表2。

表1 古瓦水庫電站正常蓄水位3 405 m方案動能經濟指標

注:(1)為古瓦本身指標;(2)為計入下游4梯級效益的指標；可比年電量：豐水期按0.7計，平水期1.0計，枯期1.5計。

表2 古瓦正常蓄水位3 405 m方案相應下游梯級電站發電效益指標表

2.4 優化成果

2.4.1 優化方案分析

在古瓦水電站壩、廠址下移后，水庫正常蓄水位為3 405 m時，電站裝機容量為22.2萬kW，多年平均年發電量為7.770億kWh。碩曲河干流鄉城段“一庫五級”總裝機容量為67.2萬kW，聯合運行多年平均年發電量28.983億kWh，設計枯水年枯期平均出力為21.42萬kW，分別較原規劃方案增加19.5萬kW、5.290億kWh和10.57萬kW，分別增加40.9%、22.3%和97.4%，特別是枯期電量增加73.1%，發電效益和經濟效益較為顯著。因此，碩曲河干流鄉城段梯級規劃方案優化后，古瓦水電站的水庫調節性能由季調節提升至年調節，調節庫容由2 003萬m3增加為26 410萬m3。據分析，古瓦壩址下移后年調節庫容約需2.6億m3，水庫正常蓄水位3 405 m方案能滿足年調節要求；下游娘擁、鄉城、洞松、格龍電站裝機容量較原規劃方案增加19.2%～42.9%。碩曲河干流鄉城段水電規劃方案梯級電站主要工程特性指標見表3中的“規劃優化方案”。

碩曲河干流鄉城段梯級規劃方案優化后，見表3可見，古瓦、娘擁、鄉城、洞松、格龍五級電站裝機總容量由原規劃方案的47.7萬kW增加到67.2萬kW，增幅為40.9%；五級電站總利用落差由原規劃方案的874 m增加到930 m，增幅為6.41%，除娘擁降低壩高后水頭由古瓦利用，利用落差有所減少外，其他梯級均有所增加；五級電站聯合運行時的多年平均年發電量由原規劃方案23.693億kWh增加到28.983億kWh，增幅為22.3%。

表3 碩曲河干流鄉城段水電規劃方案梯級電站主要工程特性指標表

注:“設計成果”中的古瓦及格龍水電站的指標為預可行性研究階段成果，娘擁、鄉城、洞松水電站的指標為可行性研究階段成果。

2.4.2 優化方案審批與實施

2007年7月，四川省發展和改革委員會以“川發改能源函﹝2007﹞533號”印發了“關于印發省工程咨詢研究院《關于<古瓦水電站開發方案研究報告>咨詢意見的函》的通知”，認為古瓦水電站壩址下移修建150 m左右高壩增加庫容方案可行、古瓦水電站調節能力由季調節提高到年調節是合適的。因此，相關設計單位在2007～2009年間先后編制完成了碩曲河干流鄉城段的古瓦、格龍水電站預可行性研究設計和娘擁、鄉城、洞松水電站可行性研究階段設計，并通過審查，除格龍水電站預可成果的裝機規模較優化方案減少0.6萬kW外，娘擁、鄉城、洞松水電站可行性研究階段成果的裝機規模與優化方案相同。碩曲河干流鄉城段水電規劃方案梯級電站主要工程特性指標見表3中的“設計成果”。

3 “龍頭水庫”正常蓄水位方案調整

在可行性研究階段，四川海子山國家級自然保護區管理局提出了“四川海子山自然保護區關于古瓦電站淹沒至保護區的情況說明”的函告，即當古瓦水電站正常蓄水位為 3 405 m時，水庫淹沒影響理塘縣境內的四川海子山國家級自然保護區的試驗區河道長度約7 km，其中緩沖區長約4 km，核心區長約3 km。因此，需對古瓦水電站正常蓄水位方案進行復核、調整。

3.1 正常蓄水位方案調整與審批

2010年12月，《碩曲河古瓦水電站建設和運營對四川海子山國家級自然保護區動植物資源、自然生態系統和主要保護對象的影響評價專題報告》經四川省林業廳組織有關專家審查通過，該報告評價結論，“古瓦水電站正常蓄水水位不超過3 398 m蓄水上限時，古瓦水電站建設、運營對海子山自然保護區而言整體可行”。隨后國家林業局以“林護許準[2011]542號”同意古瓦水電站水庫回水淹沒區進入四川海子山國家級自然保護區試驗區中的緩沖區。因此，可研階段以不影響四川海子山國家級自然保護區為限制條件，古瓦水電站擬定3 396 m、3 398 m、3 400 m共3個正常蓄水位方案進行綜合比較，最終推薦正常蓄水位方案為3 398 m，裝機容量為20.80萬kW(主體電站20.10萬kW、生態機組0.44+0.26萬kW)。

2011年5月和2015年8月，四川省工程咨詢研究院分別印發了《關于<四川省碩曲河古瓦水電站可行性研究階段正常蓄水位選擇專題(修編)技術評審意見>的函》(川工咨[2011]190號)和《關于<四川省甘孜州碩曲河古瓦水電站可行性研究報告>評審意見的函》(川工咨成果[2015]279號)；2015年8月，四川省發展和改革委員會以“川發改能源函[2015]641號”印發了《關于孜州碩曲河古瓦水電站項目核準的批復》。

3.2 正常蓄水位方案調整分析

古瓦水庫正常蓄水位由預可行性研究階段的3 405 m調整為3 398 m，水庫水位降低7 m；調節庫容由26 410萬m3降至22 276萬m3，減少4 134萬m3，減少約15.7%，但仍具有年調節性能；電站裝機容量由22.2萬kW調整為20.80萬kW，減少1.4萬kW，減少約6.3%；多年平均年發電量由7.770億kWh調整為8.125億kWh，增加0.355億kWh，增加4.57%，裝機利用小時數有所提高；古瓦水庫正常蓄水位調整后，對下游娘擁、鄉城、洞松、格龍四級電站的補償效益略有減少，設計枯水年枯期平均出力減少1.43萬kW、多年平均年發電量減少0.21億kWh，分別較優化方案減少約16.67%和7.86%，但發電效益和經濟效益仍較優化前顯著。

4 結 語

通過對碩曲河干流鄉城段梯級規劃方案優化研究，特別是下移古瓦水庫壩、廠址后，水庫正常蓄水位由 3 366 m抬高至3 405 m，相應調節庫容增加了 12.18倍，水庫調節性能由季調節提高到年調節，利用落差增加了18.35%。從古瓦“龍頭”水庫電站本身的指標看，優化后的裝機容量、多年平均年發電量、設計枯水年枯期平均出力分別較原規劃方案增加 76.2%、38.5%和133.8%，特別是枯期電量增加 118.5%，發電效益較好；從碩曲河干流鄉城段梯級指標分析，優化后“一庫五級 ”總裝機容量、聯合運行多年平均年發電量、設計枯水年枯期平均出力分別較原規劃方案增加40.9%、22.3%和97.4%，特別是枯期電量增加73.1%，梯級補償效益顯著提高，同時在滿足電站調節庫容要求的前提下，為使梯級合理銜接，根據地形、地質條件對部分梯級的壩(閘)、廠址及特征水位等進行了適當調整，即將娘擁電站正常蓄水位由3 099 m降至3 087 m；將洞松梯級壩址上移約 1.2 km至紅星橋附近，正常蓄水位由 2 744 m提高到2 754 m與鄉城梯級尾水相接，同時將其廠址適當上移；格龍正常蓄水位由2 528 m提高到2 532 m與洞松梯級尾水相接。

梯級規劃方案優化后表明，碩曲河干流鄉城段的水能資源得到了合理開發、優化配置、高效利用，規劃梯級開發方案總體布置格局更趨合理。