蜀河水电站尾水淤积清理增发电量研究

蜀河水电站尾水淤积清理增发电量研究

杨号

（大唐蜀河水力发电厂陕西旬阳725721）

摘要：蜀河水电站尾水淤积清理工程实际完成了河道淤积清理54880m3，拆除并清理遗留围堰150m约300m3，合计清理淤积量约55180m3。尾水清淤工程完工后，经过对清淤前后数据的统计对比，单机0.5万kw负荷时，下游水位较清淤前降低约1.1m；六台机组满负荷27万kw运行时，下游水位较清淤前降低约0.6m。经计算统计，2016年5月至2017年2月尾水清淤抬高水头增发电量1858.24万kwh，按照0.333元/kw.h上网电价计算，创造经济效益618.79万元。

关键词：水电站；尾水淤积；增发电量

1工程概况

蜀河水电站位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，坝址在旬阳县蜀河镇上游约1km处，距旬阳县城51km，距上游已建的安康水电站约120km，距下游已建的丹江口水电站约200km，是汉江上游梯级开发规划中的第六个梯级电站，是陕西汉江投资开发有限公司开发的第二个水电站。

蜀河水电站工程的主要任务是发电，并兼顾航运等。工程规模属Ⅱ等大（2）型，正常蓄水位217.30m，库容1.76亿m3，死水位为215.00m、汛期排沙水位为212.00m。调节库容为0.24亿m3，为日调节水电站。蜀河水电站为碾压砼重力闸坝、厂顶溢流式厂房，坝顶高程230m，坝顶长度320m，最大坝高72m。安装六台灯泡贯流式机组，单机容量45MW，总容量270MW。年平均发电量9.53亿kW.h，年利用小时3530h，最大水头26.30m，额定水头19.60m，最小水头10.5m。枢纽建筑物从右至左由右副坝表孔坝段、泄洪闸表孔兼垂直升船机坝段、泄洪闸表孔坝段、导墙坝段、厂房坝段、安装间表孔坝段等组成。

2009年蓄水发电至今共发生了十八场洪水，洪水致使下游尾水区域淤积了大量石块、泥砂等，加之工程结束时，没有对尾水区域基建遗留围堰进行清理，严重阻碍了机组开机时水流的排泄，使得机组运行时下游尾水水位升高（单机设计尾水位191.73m，现194.3m，抬升2.57m；六台机设计尾水位195.55m，现197.1m，抬升1.55m），发电机组工作有效水头减少，单位负荷耗水率增大。为降低尾水位，提高发电水头、减少单位发电耗水率，提高水能利用率，蜀河水力发电厂决定实施尾水清淤工程。

2尾水淤积原因分析

大坝下游尾水区淤积的产生主要有以下三方面原因：

（1）蜀河水电站从2009年蓄水发电至今，共计发生过十八次洪水，洪水致使大坝下游尾水区区域淤积了大量石块、泥砂等。

（2）蜀河水电站工程完工时，没有对尾水区区域内基建遗留围堰进行清理，造成了机组开机或泄洪时尾水回旋，从而导致石块、泥砂的淤积。

（3）在大坝下游550m处有一座交通桥（彩虹桥），此桥为秦316国道上跨越汉江的重要桥梁，桥墩的阻水也是尾水区产生大量淤积的主要原因。

3尾水淤积清理的必要性分析

（1）尾水区清淤工程的实施，在清淤范围内，降低了河床高程，使得该河段行洪顺畅，行洪能力得到进一步提高。同时，河床的降低，使得现有提防防洪能力得到提高，保证蜀河镇的安全度汛，保障蜀河水电站下游人民生命财产安全。

（2）水电站尾水位抬高，降低了发电水头，影响了机组出力和电站的发电效益，及时清挖尾水区中的淤积物，可以避免电量损失，增加发电效益。

（3）尾水区大量淤积物的清理，有利于下游河道的航运。

4清淤工程范围及工程量

尾水清淤工程的范围包括：蜀河水电站下游坝下0+133.00m（机组尾水出口反坡段末端）至汉江蜀河大桥范围内，但并不局限于本范围清淤，清理河床高于192.50m高程淤积泥砂，重点对雍高、淤塞处进行清理，部分施工遗留围堰（长度约150米，顶宽约2米，顶部高程约0.5～1.5米）需要拆除并清理。平均挖除深度约2.0m，降低河床底部高程至192.50m。本工程清淤量包括虚渣约54900m3和拆除并清理遗留围堰约150米（约300m3）。

5尾水淤积清理方案

开挖前，采用花杆法水下测量法进行水下地形复核测量。

清淤开挖顺序按顺时针方向进行，清淤以3-5米为一个断面。施工时用花杆随时检查探测开挖断面，复核清淤是否按要求进行，原则上不应有欠挖，超深等。对建筑物附近及机械无法达到的部位，采取人工开挖清淤。

尾水河道内施工便道的修筑：由于施工范围非常宽广，为进一步搞好场内运输车辆的有序通行，在整个尾水河道清淤范围内修筑10m宽的施工便道，以确保运输车辆能到达装运区域。

根据清淤范围内淤积高度及淤积物种类，将淤积范围分为三个区域。Ⅰ区为江心滩，Ⅱ区为清淤范围内其他部分，Ⅲ区为水电站施工时尾水区区域内基建遗留围堰。

由于江心滩右侧至右岸修建有临时道路，所以水电站尾水通道设在江心滩左侧。在保证彩虹桥中墩及左岸堤防基础安全的前提下，对江心滩左侧河道进行最大断面开挖，以降低清淤范围内的水面高程，便于清淤工作的开展。开挖淤积物除用以拓宽、加高江心滩至右岸临时道路外，其余装上自卸汽车运至弃渣场。

清淤按照先Ⅲ、Ⅱ区，再Ⅰ区的顺序进行施工。

人工挖掘Ⅲ区的淤积物，用自制的机动铁船或运输船将挖掘淤积物运至Ⅰ区，然后用自卸汽车运至弃渣场。

对于Ⅱ区水电站施工时尾水区区域内基建遗留围堰，在其上间隔2-3米钻设炮眼，装设适量炸药，将围堰炸除后，人工将炸掉的石块运至Ⅰ区，装上自卸汽车运至弃渣场。

Ⅲ、Ⅱ区清淤完成后，利用挖掘机配合自卸汽车渐退清理Ⅰ区淤积。Ⅰ区清淤需注意彩虹桥中墩安全，保留5#墩周围20m范围内原有的调治构造物。

最后，利用挖掘机配合自卸汽车渐退清除江心滩至右岸临时道路。

施工区简图

6尾水淤积清理效果

尾水淤积清理工程实际完成了河道淤积清理54880m3，拆除并清理遗留围堰150m约300m3，合计清理淤积量约55180m3。尾水清淤工程完工后，经过对清淤前后数据的统计对比，单机0.5万kw负荷时，下游水位较清淤前降低约1.1m；六台机组满负荷27万kw运行时，下游水位较清淤前降低约0.6m。

尾水淤积清理前、后尾水位对照表图

备注：该尾水位统计是按照上游库水位约217.00m时统计的平均下游水位。清淤前的尾水位主要是用2015年7月~12月数据统计得到的，清淤后的尾水位主要是用2016年5月~6月数据统计得到的。

7增发电量分析计算

尾水清淤工程完工后，经过对清淤前后数据的统计对比，单机0.5万kw负荷时，下游水位较清淤前降低约1.1m；六台机组满负荷27万kw运行时，下游水位较清淤前降低约0.6m。下游尾水位降低，机组运行水头增大，单位机组耗水率减小，同样来水的情况下，发电量明显增加。

增发电量计算考虑到为了尽量使计算结果精确，将计算负荷时段进行了细化，主要分为以下7个负荷时段：机组负荷小于1万kw、1万kw至4.5万kw、4.5万kw至9万kw、9万kw至13.5万kw、13.5万kw至18万kw、18万kw至22.5万kw、22.5万kw至27万kw。统计出不同负荷时段的实际发电量及运行小时数，根据库水位及清淤前尾水位和清淤后尾水位可计算出清淤前的机组运行水头和清淤后的机组运行水头，根据公式N=KQH可以计算出某一负荷时段的发电流量，将发电流量换算成发电水量，根据清淤后的机组运行水头查耗水率表可以得到机组耗水率，从而根据E=W/q可以计算出应发电量，用实际发电量减去应发电量就可以得到该负荷时段下的增发电量，将每月不同时段的增发电量相加即可得到该月的增发电量。

经计算统计，2016年5月至2017年2月尾水清淤抬高水头增发电量1858.24万kwh。按照0.333元/kw.h上网电价计算，创造经济效益618.79万元。短短10个月时间，不但收回了项目总投资，还盈利482.79万元，取得了良好的经济效益。

2016年5月至2017年2月尾水清淤淤积清理抬高水头增发电量统计表

8结论及建议

通过尾水淤积清理有效的降低了尾水位，抬高了机组发电水头，降低了机组耗水率，并且通过运行取得了可观的经济效益。但当遇到较大洪水时，经过一段时间的运行，尾水仍会产生淤积，抬高尾水位。建议尽量不要向尾水倾倒弃渣，减缓尾水淤积面的抬高；建立长效机制，当发生较大洪水后，尾水位比目前抬升超过1米时，则进行尾水淤积清理，降低尾水位。