红毛洞水电站特征水位选择

李同青

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563000)

1 工程概况

洪渡河属乌江下游左岸一级支流，全流域总面积3677.00 km2，干流河长205.00 km，天然落差1047.00 m，河口多年平均流量78.90 m3/s。根据洪渡河开发规划批复，洪渡河共计“十一级”梯级开发，其中红毛洞水电站为洪渡河干流水电梯级开发第六级，为坝后式开发水电站，坝址以上流域面积1141.00 km2，多年平均流量22.54 m3/s，水库规划调节库容小，主要利用水头发电。上游为冉渡滩水库，下游为沙坝水电站。

冉渡滩水库位于红毛洞水电站上游，为综合利用水库，主要任务为供水和灌溉，兼顾水力发电，目前正在建设中。水库坝址以上流域面积997.00 km2，多年平均流量22.30 m3/s，正常蓄水位738.00 m，发电正常尾水位677.50 m，调节库容2830.00万m3，库容系数4.03%，为季调节水库。电站装机容量17 MW(2×8 MW+1 MW)，多年平均发电量6050.00万kW·h，年利用小时数3560.00 h，水库设计供水能力9120.00万m3/a。

沙坝水电站位于红毛洞水电站下游，于2006年11月下闸蓄水并发电，采用混合式开发。电站水库正常蓄水位615.00 m，调节库容4720.00万m3，库容系数4.77%，为季调节水库。电站总装机容量2×15 MW，多年平均发电量1.293亿kW·h。保证出力7910.00 kW，年利用小时数4310.00 h。

2 水库正常蓄水位及死水位选择

2.1 正常蓄水位选择

为了使洪渡河干流梯级水电开发适应地方经济发展的需求，规划中明确了洪渡河干流上游(红毛洞水电站以上)河段水资源开发以灌溉和村镇供水为主，兼顾防洪和发电等综合利用、多元化开发[1]。

由于冉渡滩水库与红毛洞水电站之间河段，两岸山清水秀，自然景观奇特，河流蜿蜒曲折，缓急有序，有上游水库发电及生态流量调节，水量相对稳定，当地为了发展旅游业，冉渡滩水库下游已开发洪渡河漂流项目并投入运营，漂流终点两岸常年水位663.00 m。因此红毛洞电站水库正常蓄水位只能与漂流项目水位衔接。

针对漂流终点常年水位和码头、道路等设施布置，在不影响漂流安全条件下，考虑漂流时间受季节影响较大和冉渡滩水库今后运行情况，下游水库修建后给漂流旅游带来水面景观等分析论证后，上下游可利用1 m水位重叠，故红毛洞水电站水库正常蓄水位664.00 m。

2.2 死水位选择

在正常蓄水位已经确定的前提下，死水位根据水库的坝前泥沙淤积高程和发电引水系统取水要求，结合水库的最佳消落深度等原则来综合确定。设计电站运行50 a坝前淤积高程为638.69 m，从发电取水角度，死水位不得低于643.00 m[2]。

以红毛洞水电站水库正常蓄水位664.00 m、装机23 MW与上游冉渡滩水库联合运行，并考虑上游水库仅放生态水情况下本水库自身亦具备日调节性能情况下，拟定死水位从643.00～662.00 m进行比较，其动能指标比较见表1，年发电量变化曲线见图1[3]。

表1 不同死水位动能指标比较表

图1 年发电量随死水位变化曲线

由表1可知，保证出力随死水位下降略有增加，而年平均发电量随死水位下降则减小较为明显。主要因红毛洞水电站正常蓄水位库容较小(2190.00万m3)，降低死水位所增加的兴利库容不大，死水位从643.00 m到662.00 m，死库容由476万m3增加到1940万m3，库容系数由2.41%降低到0.35%，对水库自身调节性能改善不大，本电站的径流调节主要依靠上游冉渡滩水库调节，所以红毛洞水电站效益的增加需尽可能提高死水位增大设计水头实现。从工程建设投资方面，因死水位提高降低取水口土建投资，压力管道适当增长，投资相应增加，总体上投资随死水位的增减变化不大，从发电综合效益而言，死水位宜高不宜低，故红毛洞水电站死水位确定为662.00 m。

3 电站正常尾水位选择

一般情况下，电站正常尾水位与下一梯级正常水位有齐平衔接、重叠衔接和不衔接三种方式，水位衔接可充分利用水能资源，而重叠衔接又可在此基础上进一步利用水头，增大效益[4]。红毛洞水电站原规划正常尾水位与下游沙坝电站正常蓄水位615.00 m相衔接。本文考虑水能的充分利用，结合其他工程运行经验及沙坝电站的实际运行情况，对红毛洞水电站的正常尾水位进行分析论证[5]。

3.1 沙坝电站运行情况

根据沙坝电站2008—2016年历年逐日运行资料统计，水库平均运行水位606.17 m，库水位长期消落10 m左右，仅汛期洪水来临时库水位在615.00 m左右有短暂运行。沙坝电站水库水位运行统计及水位运行几率分别见表2和表3。

由表2、表3可看出，运行9年来(缺少部分数据)，沙坝电站水库水位在610.00 m及以下运行的累计频率达到77.2%、在611.00 m及以下水位运行的累计频率达到82.4%、在612.00 m及以下水位运行的累计频率达到86.4%，在正常蓄水位615.00 m运行仅有15 d，出现频率仅为0.46%，且均短暂维持1 h或2 h，之后因发电便快速消落。

表2 沙坝电站水库水位运行统计表

表3 沙坝电站水库水位运行几率表

3.2 红毛洞水电站尾水位论证

根据沙坝电站水位运行统计分析数据和红毛洞水电站厂址下游河道地形地质条件，红毛洞水电站有条件利用下游沙坝电站的长期消落水头，降低尾水位，增加梯级电站的重复可利用水头，使发电效益最大化。

结合沙坝电站水库水位运行几率表，同时避免尾水河道的大量开挖，选择了610.00 m、612.00 m、615.00 m三个正常尾水位进行经济技术综合比较，比较成果见表4。

表4 红毛洞电站不同尾水位经济效益比较表

由表4可以看出，理论上，若正常尾水位降低至612.00 m(利用3 m消落水位)，较规划的615.00 m增加电量230万kW·h，年增加发电效益约69万元，而工程部分一次性增加投资213万元。若正常尾水位降低至610.00 m(利用5 m消落水位)，增加电量410万kW·h，年增加发电效益约123万元，工程部分一次性增加投资475万元。按静态考虑，增加的投资可在4 a内收回，效益较明显。

总体上，利用消落水位越大增加发电效益越明显，但从整个梯级来考虑，当沙坝电站上游的冉渡滩水库和红毛洞水电站运行后，调节性能增加，沙坝电站平均运行水位会提高，初步演算，在610.00 m以下运行的时间将减少至50%左右，更多在612.00 m左右运行。因此过多的降低红毛洞电站正常尾水位理论上产生的效益实现难度较大，故红毛洞水电站正常尾水位选择612.00 m即利用3 m的消落水深。

4 结 语

因上下游梯级已建(或在建)，红毛洞水电站特征水位的选择具有局限性，正常蓄水位主要考虑与上游漂流项目衔接，基本无比选空间；电站本身调节性能不好，主要依靠上游冉渡滩水库调节，电量的增加需尽可能提高死水位以增大发电水头来实现，死水位选择宜高不宜低；在正常蓄水位和死水位确定的基础上，正常尾水位的选择则值得深入研究论证，因为从下游电站的运行资料统计情况看，水位长期消落，红毛洞水电站有条件利用消落水头，可降低尾水位获得更好的效益，从分析比较成果看，增加的一次性厂房和土建工程量投资相对于增加的发电效益来说可在短期内收回，效益较明显。