吉勒布拉克水電站死水位選擇分析

劉 江

（新疆水利水電規劃設計管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

死水位是指在常運用情況下，允許水庫消落的最低水位。水庫建成后，并不是全部容積都可用來進行徑流調節的[1]。首先，死水位是為了滿足泥沙沉積的需要；自流灌溉，發電、航運、漁業以至旅游等各用水部門，也要求水庫水位不能低于某一水位，這一水位稱為死水位。水庫正常運用時，一般不能低于死水位。除非特殊干旱年份或其他特殊情況，如戰備要求、地震等，為保證緊要用水、安全等要求，經慎重研究，才允許臨時動用死庫容部分存水。水庫電站的死水位對于工程的運行起到決定性作用，但前期項目規劃階段只需要分析水庫消落深度與電能關系，初擬死水位，工程設計階段再進行比選確定死水位。

1 吉勒布拉克水電站概況

吉勒布拉克水電站位于阿勒泰地區哈巴河縣，距哈巴河縣35 km，距水電站右岸以西下游約6.5 km處有阿舍勒銅礦至哈巴河公路通過，已新建進場公路銜接至水電站工程區，對外公路交通方便。吉勒布拉克水電站主要任務是發電，正常蓄水位752 m，總庫容2.32億m3，調節庫容1.51億m3，裝機140 MW，電站保證出力19.22 MW，年平均發電量4.95億kW·h，屬大（2）型Ⅱ等工程。工程由攔河大壩、泄洪、引水建筑物及地面廠房等主要建筑物組成；大壩為砼面板堆石壩，攔河壩為1級建筑物，溢洪洞、深孔泄洪洞為2級建筑物，發電洞及電站廠房為3級建筑物。

攔河大壩設計洪水標準為100年一遇，洪峰流量為1184.89 m3/s；校核洪水標準土石壩2000年一遇，洪峰流量為1772.88 m3/s。廠房設計洪水標準為50年一遇，洪峰流量為1047.70m3/s，校核洪水標準為200年一遇，洪峰流量為1321.54m3/s。水電站工程區地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.4 s，設防水準按50年超越概率水平10%的地震基本烈度為Ⅵ度[2]。

2 規劃階段死水位選取

北方河流綜合利用任務較重，需要建設較多的水庫調蓄徑流，可結合水庫建設水電站，水庫電站規劃階段可利用水庫消落深度與電能關系分析水庫大致的死水位。

哈巴河灌區位于水庫下游，不需要壅高水頭來滿足灌溉引水，工程為單一任務發電。哈巴河泥沙含量較小，多年平均懸移質輸沙量為19.2萬t，多年平均推移質輸沙量8.85萬，總輸沙量28.05萬t，泥沙因素不是確定死水位的主要因素，水庫水電站開發方式比選時，分析前期可不進行泥沙淤積計算。水電站的庫容較大，死水位對調節庫容有一定的影響，隨著死水位的抬高勢必造成調節庫容的減小。在已定的正常蓄水位752 m下，隨著水庫消落深度的加大，興利庫容及調節流量均隨著增加。死水位的降低，消落深度加大，水電站供水期的平均水頭卻隨著減小，因此其中存在一個比較有利的消落深度，使水電站供水期的電能最大。為便于分析，把水電站供水期的電能劃分為兩部分，一部分為蓄水庫容電能，另一部分過庫水流產生的不蓄電能，追求供水期電能最經濟的消落深度，即為E供的切線位置。水庫電站消落深度與電能關系曲線，見圖1。

圖1 吉勒布拉克水電站消落深度與電能關系曲線

由圖1可以看出，枯水年最經濟的消落深度為44 m～52 m，本階段消落深度按45 m考慮的，正常水位752減消落深度45 m，即規劃階段可初選死水位707 m。

3 設計階段死水位方案分析論證

吉勒布拉克水電站具體設計時，應結合工程的任務和水工建筑物布置，參考泥沙淤積計算，對水庫死水位進一步論證。死水位選擇，主要按照死水位對發電的影響，通過論證不同死水位方案，綜合分析確定合理的水庫死水位。

3.1 下游灌區灌溉用水

目前，哈巴河灌區用水主要來源于水電站下游河道上獨立引水的引水干渠，均位于電站下游較遠處。因此，灌區灌溉引水高程不影響水庫電站死水位高程的確定。

3.2 工程布置

電站發電引水洞進口高程要求略高于深孔泄洪洞高程，深孔泄洪洞進口底板高程為690 m，電站發電引水洞洞徑為7.4 m，發電引水洞進口最小淹沒深度的要求為洞徑的1.5倍，發電引水洞設計要求的正常工作的水庫死水位應在701.5 m以上，應考慮淹沒深度留有一定的富余度。

3.3 泥沙淤積

哈巴河河流泥沙主要來自汛期的5月～7月，汛期來沙量占年來沙量的97.85%，設計階段修正了輸沙量數據為：多年平均懸移質輸沙量為18.49萬t，推移質輸沙量為8.90萬t，總輸沙量為27.393萬t。參照干容重為1.35 t/m3，不考慮水庫排沙，水庫運行50年，淤積庫容約1848.2萬m3，相應水位677.8 m。因此，泥沙淤積要求對死水位應不低于677.8 m。

3.4 水庫消落深度和動能指標的關系

為了求得合適的消落深度，可分析消落深度與保證出力、消落深度與徑流蘊藏的電量管線，分析合適的消落深度范圍。吉勒布拉克水電站消落深度和保證出力、徑流蘊藏電量關系曲線，見圖2。由圖可以看出隨著消落深度的增加，電站徑流蘊藏量逐漸減少，同時保證出力增幅較大；當消落深度為62 m時，電站保證出力達到最大值，因此消落深度不會大于62 m。一般死水位選擇應在此兩者最大值之間。通過對國內已建成以發電為主的大、中型水電站的統計，其最有利消落深度一般為最大水頭的20%～40%，消落深度范圍為25 m～62 m，電站死水位范圍為690 m～727 m。

圖2 吉勒布拉克水電站消落深度和保證出力、徑流蘊藏電量關系曲線

3.5 死水位選擇分析

綜合上述要求，根據工程布置水庫死水位方案最小應為701.5 m；不考慮水庫排沙，水庫運行50年，淤積庫容約1848.2萬m3，相應水位677.8 m，因此泥沙淤積要求對死水位應不低于677.8 m；考慮水庫消落深度和動能指標關系，電站死水位范圍為690 m～727 m。綜合以上因素，本次死水位論證方案仍按6 m變差考慮，水庫電站的死水位擬定為705 m、711 m、717 m、723 m、729 m五個方案進行復核比選。

經徑流調節計算，水庫電站不同死水位方案的能量指標見表1。從表1中可以看出，隨著死水位的降低，電站保證出力增加，這主要是水庫調節性能逐漸增大、調節流量亦逐漸增加所致；電站設備發電量逐步開始減少，主要是因為電站多年運行平均水頭的減少所致。

表1 吉勒布拉克水電站死水位方案技術比較表

從設計水平年2020年的動能指標的變化趨勢看，隨著消落深度的減少，電站的保證出力呈減少的趨勢，電站發電量小幅增加，表明吉勒布拉克水庫死水位在711 m～717 m比較合適。

從工程布置要求看，發電引水洞進口高程要求略高于深孔泄洪洞高程，按發電引水洞進口最小淹沒深度的要求為洞徑的1.5倍～2.0倍以上，滿足發電引水洞正常工作的水庫最低死水位應在701.5 m以上，水庫死水位在707 m以上比較好布置。

從泥沙淤積要求來看，水庫攔沙運行50年，淤積庫容約1848.2萬m3，死水位711 m相應庫容7290萬m3，此庫容對水庫泥沙淤積所需容量是有非常充裕的。

綜上所述，本階段復核后，確定吉勒布拉克水庫死水位為711 m。

4 結語

死水位是水庫電站重要的運行參數，但不同的階段應采用不同的方法、深度進行比選分析確定，規劃階段可根據水庫消落深度與電能關系綜合確定死水位為707 m。工程設計階段應根據綜合利用要求、動能經濟指標、泥沙淤積和水工布置等因素綜合比選確定死水位為711 m。