抽水蓄能電站下泄生態流量的確定及泄放設施設計

邢志勇

(遼寧清原抽水蓄能電站有限公司，遼寧 清原 113300)

隨著我國經濟結構和能源結構調整深入，抽水蓄能發展成為能源結構補短板的重要舉措，一批抽水蓄能電站正在有序建設。電站建設施工期用水、初期蓄水、運行期補水對壩下河道天然徑流產生一定影響。因此電站建設必須下泄生態流量，本文以清原抽水蓄能電站為例簡要介紹抽水蓄能電站下泄生態流量的確定及下泄設施。

1 項目概況

清原抽水蓄能電站位于遼寧省撫順市清原滿族自治縣境內。電站總裝機容量為1800MW，發電額定水頭390m，設計年發電量30.11億kW·h，年抽水用電量40.15億kW·h，年發電利用小時數1673h，年抽水利用小時數2231h。電站樞紐工程主要由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房系統等建筑物組成。上水庫位于清原縣最高峰摩離紅山東側摩離紅溝溝首，流域面積1.99km2，主溝長1.79km，平均比降約104‰，壩址多年平均年徑流量53.4萬m3、多年平均流量為0.017m3/s，正常蓄水位以下庫容1433萬m3。下水庫位于渾河右岸支流樹基溝河內，壩址流域面積65.3km2，流域內河道主溝長約14.2km，平均比降約12.8‰，多年平均年徑流量1754萬m3、多年平均流量為0.556m3/s，正常蓄水位以下庫容1564萬m3。

2 生態流量泄放

2.1 生態流量泄放要求

電站建設的施工期、初期蓄水期、運行期均不得從上水庫所在摩離紅溝取水，摩離紅溝天然來水全部下放。

電站建設的施工期用水、初期蓄水、運行期補水均取自下水庫所在的樹基溝河。施工期在枯水期通過導流洞下泄生態流量。初期蓄水期，無論天然來流量是否可以達到下泄最小生態流量，都應按確定的下泄生態流量進行下放，在初期蓄水期間的枯水期，首先確保下泄生態流量，如不能按期完成蓄水，應延長蓄水時間。運行期當天然來流量小于規定下泄最小生態流量時，電站下泄生態流量按壩址處天然實際來流量的110%進行下放。

2.2 電站用水分析

2.2.1 施工期用水分析

電站上、下水庫壩區均布置有施工導流設施，壩區上游溝道徑流經導流設施進入下游河道。施工期未從摩離紅溝取水，不影響上水庫溝內天然徑流。施工期用水取自工程區下水庫溝內天然徑流，電站施工期施工用水量934.64萬m3，用水保證率取75%，高峰年施工用水178.95萬m3，占下水庫壩址處河道年均徑流量1010.59萬m3的17.71%，減少了下游河道徑流量，但對下游河道徑流影響較小。在枯水期從導流洞下泄生態流量。

2.2.2 初期蓄水用水

電站初期蓄水不利用上水庫上游流域來水，上水庫上游流域來水全部下泄至壩下游，因此，初期蓄水不會對下游河道的徑流產生影響。

電站初期蓄水是將下水庫上游來水在扣除施工用水、下游其他用水戶用水、下游生態用水、蒸發滲漏量的基礎上，剩余的水量用來作為初期蓄水，在75%來水保證率的情況下，蓄水期間剩余水量比蓄水所需要的水量還要多，總盈余水量達到319萬m3。盈余水量均通過水庫泄水建筑物進入下游樹基溝河道，因此初期蓄水期間只會減少下水庫壩址下游樹基溝河道流量，導致河道斷流的幾率很小。

表1 逐月下泄生態流量表 單位：m3/s

但電站補水期間，補水時間相對集中，下水庫下游河道可能出現斷流，為此，下水庫須設置生態泄流設施，以滿足下游兩岸村莊生產生活用水及生態用水需求。

2.2.3 電站運行期補水

電站運行期補水不利用上水庫上游流域來水，上水庫上游流域來水全部下泄至壩下游，因此，運行期補水不會對下游河道的徑流產生影響。

電站運行期的補水量主要是上、下水庫以及水道系統的蒸發、滲漏所損失的水量，年補水量約306.9萬m3，補水水源為下水庫入庫徑流。電站年補水量遠小于下水庫壩址處多年平均總徑流量1754萬m3，也小于95%特枯年份下水庫壩址處的年徑流量474萬m3，多余的水量通過下水庫泄水建筑物進入下游河道，而且補水時間也是安排在水量較充沛月份進行補水(5—9月)，因此，運行期補水對下水庫下游河道徑流影響很小。

當天然來流量小于規定下泄最小生態流量時，電站需下泄生態流量。

2.3 生態流量確定

按照Tennant法、最小月平均流量法、7Q10法計算結果的外包線作為壩下樹基溝河道內最小生態流量，大小為0.0556m3/s。下水庫下泄生態流量等于河道內生態流量加河道外需水量。河道外需水量包括灌溉及生活需水量，逐月下泄生態流量詳見表1。

同時考慮到本電站所在地區的環境保護要求較高，綜合研究確定：初期蓄水期，無論天然來流量是否可達到下泄最小生態流量(0.0556m3/s)，均按表1中下泄生態流量下放；運行期，當運行期天然來流量小于規定下泄最小生態流量時，電站下泄生態流量按壩址處天然實際來流量的110%進行下放，下庫設置了一定的環境庫容，滿足泄放要求。

3 生態流量泄放設施

3.1 上水庫生態流量泄放設施

3.1.1 施工期生態流量泄放設施

上水庫壩上游來水均通過上水庫施工導流洞排到壩下，導流洞為城門洞形，斷面尺寸2.5m×3.0m(寬×高)，滿足施工期泄流要求。

3.1.2 初期蓄水期和運行期生態流量泄放設施

沿上水庫環庫公路靠山側設置混凝土排水渠至壩下游河道，排水渠斷面尺寸1m×1m。環庫公路及外側排水渠應在電站初期蓄水前建成，初期蓄水期和運行期上水庫以上流域來水均通過上水庫環庫公路外側排水渠流至上水庫壩下河道，不進入上水庫庫內。

3.2 下水庫生態流量泄放設施

3.2.1 施工期生態流量泄放設施

下水庫壩上游來水均通過下水庫施工導流洞排到壩下，導流洞為6m×8m(寬×高)，為城門洞型，滿足施工期泄流要求。

3.2.2 初期蓄水期和運行期生態流量泄放設施

下水庫設一套生態流量泄放系統，在下水庫泄洪放空洞進水口右側布置生態流量閥門井，通過埋設的生態流量泄放管，泄放生態流量，并利用泄洪放空洞向下游泄放生態流量。

泄水鋼管中心高程為297.00m，低于下水庫死水位1.0m，內徑30cm，中心線長550.0m，進口位于泄洪放空洞進口明渠內，經邊墻外側生態流量閥門井折向下游，沿泄洪洞側墻布置，直至出口處，于消力池邊墻轉彎，下游接至河床。通過在生態流量閥門井內管道設兩道流量調節蝶閥和一道電磁流量調節閥，用以控制泄放生態流量。

閥門室位于進水口閘門井右側，長8.0m，寬3.6m，基礎高程為293.5m，頂高程為323.85m。在323.85m高程布置樓板與工作閘門啟閉機室齊平，并設置樓梯通至閥門操作位置。控制及操作設計設在操作室內，閥門采用遠程控制的方式。

為防止進入操作室的滲漏水或泄洪放空洞下泄洪水對閥門產生損害，在操作室內設置2臺排水泵，錯開布置，一臺工作，一臺備用。排水泵出水口直接接入泄水鋼管電磁流量調節閥下游側主管。

為了不影響發電，泄洪放空洞運行期需保證來水及時泄放，不存在河道斷流情況。而在初期蓄水期，河流被截流蓄水，則需開啟生態流量管泄放生態流量，下水庫生態流量管在死水位298.00時泄量為0.145m3/s，在正常水位319.00m時泄量為0.145m3/s，泄流能力滿足要求。

泄洪放空洞進水口高程為294m，出水口高程為279m，下水庫壩址下游河底高程為283m，為保證下水庫壩下河道不斷流，對壩址與泄洪放空洞出水口之間河道進行疏浚、開挖，使壩址下游河底高程低于279m，需開挖河道長度約350m。

4 結語

本項目上水庫施工期、初期蓄水期、運行期均不從摩離紅溝取水，天然來水全部通過導流洞或環庫公路排水渠排至壩下河道。下水庫設置生態流量管，初期蓄水期，無論天然來流量是否可以達到下泄最小生態流量，都按表1中生態流量進行下放；運行期除少量補水之外，其余天然來水全部泄放，不存入庫內，當運行期天然來流量小于規定下泄最小生態流量時，電站下泄生態流量按壩址處天然實際來流量的110%進行下放；電站建設改善了枯水期下游河道生態環境。