五岳抽水蓄能電站下水庫洪水調度規則研究

鄢軍軍，羅 茜，周鐵柱

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014)

五岳抽水蓄能電站位于河南省信陽市光山縣境內，位于鄂豫電網聯絡線的東通道上，電站建成后服務于河南電網，主要承擔調峰、填谷、調頻、調相和緊急事故備用等任務。電站上水庫通過挖填筑壩成庫，集水面積很小，下水庫利用已建的五岳水庫。電站建成后，由于發電流量疊加將對下水庫調洪造成較大影響。本文根據流域防洪要求，結合工程自身特點，重點對下水庫調洪原則進行研究。

1 工程概況

五岳抽水蓄能電站裝機容量1 000 MW，上下水庫調節庫容按裝機連續滿發小時數5 h設計。樞紐工程主要由上水庫、輸水系統、地下廠房及地面開關站和下水庫等組成。上水庫洪水標準按200年一遇洪水設計，1 000年一遇洪水校核，發電廠房洪水標準按100年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核。

下水庫利用已建的五岳水庫，位于淮河一級支流寨河主干青龍河上游，始建于20世紀70年代，開發任

務以防洪、灌溉為主。壩址控制流域面積102 km2，水庫正常蓄水位89.184 m，死水位77.884 m，現狀總庫容1.22 億 m3，調節庫容8 098萬 m3，為具備多年調節性能的大(2)型水庫。水庫樞紐由主壩、5座副壩、溢洪道、輸水洞、引水洞、渠首閘、輸水洞泄洪閘等組成。現狀防洪標準為100年一遇洪水設計，5 000年一遇洪水校核。五岳水庫采用溢洪道及輸水洞兩種泄洪方式。其中，溢洪道位于主壩南端，建有2孔弧形閘門；輸水洞為有壓鋼筋混凝土圓洞，進口設潛孔式弧形鋼閘門。

2 抽水蓄能電站對五岳水庫的調洪影響分析

抽水蓄能電站建設前，根據防洪部門批復的五岳水庫運行方式，主汛期6月15日至8月11日，水庫限制運行水位88.384 m；過渡期8月11日至9月10日，限制水位88.884 m。水庫采用溢洪道和輸水洞泄洪，當水位超過防洪限制水位88.384 m 時，輸水洞閘門全開敞泄；水位超過限制水位88.884 m 時，輸水洞、溢洪道閘門全開敞泄。

五岳抽水蓄能電站建設后，根據抽水蓄能電站設計規范，調洪計算時需考慮發電流量與天然洪水滑動疊加，各頻率調洪水位取各滑動組合工況調洪成果的最大值。當水庫水位超過發電廠房校核洪水位(P=0.2%)時，蓄能機組停止發電。調洪過程中保證水庫下泄流量不大于前時段已出現的入庫最大洪水流量，以避免造成 “人為洪水”。因水庫設有分期限制水位，調洪需采用分期洪水計算，按不同時期壩前限制水位及相應洪水分別進行洪水調節計算，取外包線作為調洪成果。

若不改變五岳水庫洪水調度原則，抽水蓄能電站建設前后五岳水庫調洪成果見表1。

表1 五岳水庫調洪計算成果

注：電站滿發流量按照504 m3/s考慮。

表2 各限制電站運行方案不同洪水頻率時水庫最大下泄流量 m3/s

由表1可計算出，五岳抽水蓄能電站建成后，如果按照現狀洪水調度方式，由于發電流量的影響，電站建成后各頻率壩前最高調洪水位將抬高0.48～0.65 m(有無抽水蓄能電站壩前最高水位差)，最大下泄流量增加43 ～67 m3/s(有無抽水蓄能電站壩前最大下泄流量差)。

分析表明，調洪水位的抬高對庫區淹沒、樞紐安全基本無影響，現狀壩高不滿足防洪規范要求的問題可通過加高壩頂防浪墻予以解決；但水庫遭遇20年一遇洪水時最大下泄流量增加67 m3/s，無法滿足淮河流域防洪要求。

3 下水庫洪水調度規則研究

五岳水庫涉及下游淮河干流防洪安全，五岳水庫作為蓄能電站下水庫的前提是不能影響五岳水庫防洪功能的發揮。根據淮河流域防洪要求，五岳水庫遭遇20年一遇洪水時，下泄流量不能超過現狀水平，即抽水蓄能電站建設后仍須保證五岳水庫遭遇20年一遇洪水時最大下泄流量不超過343 m3/s。為滿足上述要求，可通過以下兩種方式：一是維持五岳水庫的洪水調度規則不變，通過限制抽水蓄能電站運行實現下泄流量不超標；二是調整五岳水庫洪水調度規則，即優化汛期調度運行方式。

3.1 限制抽水蓄能電站汛期運行

(1)設置停止發電水位。遭遇洪水時，當五岳水庫水位超過某一限定值時，蓄能機組停止發電，其余調洪規則不變。五岳水庫主汛期限制運行水位 88.384 m，本文研究中暫按水位達到 88.884 m時蓄能機組停止發電考慮。

(2)限制發電小時數。五岳抽水蓄能電站設計連續滿發小時數為5 h，調洪計算時需按照5 h發電流量過程與天然洪水過程滑動疊加。本文研究中汛期發電時間暫按3 h考慮，其余調洪規則不變。

(3)限制發電機組臺數。五岳電站安裝 4 臺可逆式機組，一般調洪計算時按 4 臺機組滿發考慮。本文研究中僅考慮1臺機發電(發電流量126 m3/s)，其余調洪規則不變。

由表2可見，無論是設置停止發電水位、減少機組連續滿發小時數或限制發電機組臺數，均不能避免電站建設后下泄流量的增加，僅可在一定程度上減小影響。

3.2 調整五岳水庫汛期運行方式

調整汛限水位可能影響水庫汛后蓄滿率，對其興利功能產生影響，實施難度較大。本研究的五岳水庫運行方式(見表3)在不調整汛限水位的前提下，以滿足淮河流域防洪要求為目標。

表3 不同洪水頻率時下水庫洪水調節計算成果 m3/s

方式一：保持“一庫水”運行。即，通過輸水洞調節水量，動態控制五岳水庫汛期運行水位，保證上水庫死水位以上的蓄水量、五岳水庫汛限水位以下的蓄水容積之和不超過抽水發電調節庫容。例如，上水庫在正常蓄水位時，下水庫水位應從汛限水位88.384 m的基礎上消落至87.59 m，消落庫容等于抽水蓄能調節庫容。調洪原則為：以87.59 m作為調洪起調水位，其他調洪原則不變。

方式二：閘門控泄運行。調洪過程中，通過調整閘門開啟幅度，控制水庫下泄流量不超標。具體調洪原則為：當天然入庫洪水不大于20年一遇洪水洪峰流量時，下泄流量按無五岳抽水蓄能電站時遭遇20年一遇洪水時下泄流量343 m3/s控制，當天然入庫洪水大于20年一遇洪水洪峰流量時，按泄洪設施泄流能力泄洪。其他調洪原則不變。

由表3可見，通過調整五岳水庫汛期調度運行方式，可保證遭遇20年一遇洪水下泄流量不超標，可滿足淮河流域防洪要求。

4 下水庫洪水調度方式選擇

(1)通過限制抽水蓄能電站汛期運行的方式，無法實現五岳水庫下泄流量不超標，不能滿足下游流域防洪要求。另外，此種方式將大大限制電站運行的靈活性，從而不能充分發揮抽水蓄能電站的作用和特點。

(2)通過調整五岳水庫汛期調度方式，可有效減少電站建設對五岳水庫調洪的影響，研究提出的保持“一庫水”運行、閘門控泄運行兩種方式均可滿足流域防洪要求。兩方案技術上均可行，從工程安全、庫區淹沒、閘門控制難度、對其他功能影響等方面對比分析，見表4。

為保證流量不超標，調整水庫汛期運行方式后，將導致水庫各頻率洪水調洪水位抬高，但對庫區淹沒處理范圍無影響；通過穩定計算分析，對樞紐安全也無影響，僅水庫大壩需不同程度進行加高處理。兩種方式主要差別在于：方式一需動態控制水庫汛期運行水位，保證“一庫水”運行，輸水洞閘門需頻繁啟閉；方式二則是在遭遇20年一遇洪水同時電力系統需要電站滿發運行的特殊工況下啟動閘門控泄；另外，方式一可能對水庫汛后蓄水產生一定影響，從而影響水庫供水功能發揮。綜合比較分析，方式二對五岳水庫影響更小、更易實施。

表4 調整五岳水庫汛期調度方式對比

5 結 語

調洪計算是水電站水能設計的重要內容。抽水蓄能電站運行不同于常規水電站，其發電流量對下水庫調洪具有較大影響。尤其是利用已建水庫作為下水庫，涉及原有水庫的防洪安全、樞紐安全、淹沒影響、綜合利用等眾多方面，問題復雜，設計過程中需合理確定下水庫調洪計算原則，以滿足多方面要求，為工程的順利建設和安全運營奠定基礎。