吉勒布拉克水电站死水位选择分析

刘 江

（新疆水利水电规划设计管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

死水位是指在常运用情况下，允许水库消落的最低水位。水库建成后，并不是全部容积都可用来进行径流调节的[1]。首先，死水位是为了满足泥沙沉积的需要；自流灌溉，发电、航运、渔业以至旅游等各用水部门，也要求水库水位不能低于某一水位，这一水位称为死水位。水库正常运用时，一般不能低于死水位。除非特殊干旱年份或其他特殊情况，如战备要求、地震等，为保证紧要用水、安全等要求，经慎重研究，才允许临时动用死库容部分存水。水库电站的死水位对于工程的运行起到决定性作用，但前期项目规划阶段只需要分析水库消落深度与电能关系，初拟死水位，工程设计阶段再进行比选确定死水位。

1 吉勒布拉克水电站概况

吉勒布拉克水电站位于阿勒泰地区哈巴河县，距哈巴河县35 km，距水电站右岸以西下游约6.5 km处有阿舍勒铜矿至哈巴河公路通过，已新建进场公路衔接至水电站工程区，对外公路交通方便。吉勒布拉克水电站主要任务是发电，正常蓄水位752 m，总库容2.32亿m3，调节库容1.51亿m3，装机140 MW，电站保证出力19.22 MW，年平均发电量4.95亿kW·h，属大（2）型Ⅱ等工程。工程由拦河大坝、泄洪、引水建筑物及地面厂房等主要建筑物组成；大坝为砼面板堆石坝，拦河坝为1级建筑物，溢洪洞、深孔泄洪洞为2级建筑物，发电洞及电站厂房为3级建筑物。

拦河大坝设计洪水标准为100年一遇，洪峰流量为1184.89 m3/s；校核洪水标准土石坝2000年一遇，洪峰流量为1772.88 m3/s。厂房设计洪水标准为50年一遇，洪峰流量为1047.70m3/s，校核洪水标准为200年一遇，洪峰流量为1321.54m3/s。水电站工程区地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.4 s，设防水准按50年超越概率水平10%的地震基本烈度为Ⅵ度[2]。

2 规划阶段死水位选取

北方河流综合利用任务较重，需要建设较多的水库调蓄径流，可结合水库建设水电站，水库电站规划阶段可利用水库消落深度与电能关系分析水库大致的死水位。

哈巴河灌区位于水库下游，不需要壅高水头来满足灌溉引水，工程为单一任务发电。哈巴河泥沙含量较小，多年平均悬移质输沙量为19.2万t，多年平均推移质输沙量8.85万，总输沙量28.05万t，泥沙因素不是确定死水位的主要因素，水库水电站开发方式比选时，分析前期可不进行泥沙淤积计算。水电站的库容较大，死水位对调节库容有一定的影响，随着死水位的抬高势必造成调节库容的减小。在已定的正常蓄水位752 m下，随着水库消落深度的加大，兴利库容及调节流量均随着增加。死水位的降低，消落深度加大，水电站供水期的平均水头却随着减小，因此其中存在一个比较有利的消落深度，使水电站供水期的电能最大。为便于分析，把水电站供水期的电能划分为两部分，一部分为蓄水库容电能，另一部分过库水流产生的不蓄电能，追求供水期电能最经济的消落深度，即为E供的切线位置。水库电站消落深度与电能关系曲线，见图1。

图1 吉勒布拉克水电站消落深度与电能关系曲线

由图1可以看出，枯水年最经济的消落深度为44 m～52 m，本阶段消落深度按45 m考虑的，正常水位752减消落深度45 m，即规划阶段可初选死水位707 m。

3 设计阶段死水位方案分析论证

吉勒布拉克水电站具体设计时，应结合工程的任务和水工建筑物布置，参考泥沙淤积计算，对水库死水位进一步论证。死水位选择，主要按照死水位对发电的影响，通过论证不同死水位方案，综合分析确定合理的水库死水位。

3.1 下游灌区灌溉用水

目前，哈巴河灌区用水主要来源于水电站下游河道上独立引水的引水干渠，均位于电站下游较远处。因此，灌区灌溉引水高程不影响水库电站死水位高程的确定。

3.2 工程布置

电站发电引水洞进口高程要求略高于深孔泄洪洞高程，深孔泄洪洞进口底板高程为690 m，电站发电引水洞洞径为7.4 m，发电引水洞进口最小淹没深度的要求为洞径的1.5倍，发电引水洞设计要求的正常工作的水库死水位应在701.5 m以上，应考虑淹没深度留有一定的富余度。

3.3 泥沙淤积

哈巴河河流泥沙主要来自汛期的5月～7月，汛期来沙量占年来沙量的97.85%，设计阶段修正了输沙量数据为：多年平均悬移质输沙量为18.49万t，推移质输沙量为8.90万t，总输沙量为27.393万t。参照干容重为1.35 t/m3，不考虑水库排沙，水库运行50年，淤积库容约1848.2万m3，相应水位677.8 m。因此，泥沙淤积要求对死水位应不低于677.8 m。

3.4 水库消落深度和动能指标的关系

为了求得合适的消落深度，可分析消落深度与保证出力、消落深度与径流蕴藏的电量管线，分析合适的消落深度范围。吉勒布拉克水电站消落深度和保证出力、径流蕴藏电量关系曲线，见图2。由图可以看出随着消落深度的增加，电站径流蕴藏量逐渐减少，同时保证出力增幅较大；当消落深度为62 m时，电站保证出力达到最大值，因此消落深度不会大于62 m。一般死水位选择应在此两者最大值之间。通过对国内已建成以发电为主的大、中型水电站的统计，其最有利消落深度一般为最大水头的20%～40%，消落深度范围为25 m～62 m，电站死水位范围为690 m～727 m。

图2 吉勒布拉克水电站消落深度和保证出力、径流蕴藏电量关系曲线

3.5 死水位选择分析

综合上述要求，根据工程布置水库死水位方案最小应为701.5 m；不考虑水库排沙，水库运行50年，淤积库容约1848.2万m3，相应水位677.8 m，因此泥沙淤积要求对死水位应不低于677.8 m；考虑水库消落深度和动能指标关系，电站死水位范围为690 m～727 m。综合以上因素，本次死水位论证方案仍按6 m变差考虑，水库电站的死水位拟定为705 m、711 m、717 m、723 m、729 m五个方案进行复核比选。

经径流调节计算，水库电站不同死水位方案的能量指标见表1。从表1中可以看出，随着死水位的降低，电站保证出力增加，这主要是水库调节性能逐渐增大、调节流量亦逐渐增加所致；电站设备发电量逐步开始减少，主要是因为电站多年运行平均水头的减少所致。

表1 吉勒布拉克水电站死水位方案技术比较表

从设计水平年2020年的动能指标的变化趋势看，随着消落深度的减少，电站的保证出力呈减少的趋势，电站发电量小幅增加，表明吉勒布拉克水库死水位在711 m～717 m比较合适。

从工程布置要求看，发电引水洞进口高程要求略高于深孔泄洪洞高程，按发电引水洞进口最小淹没深度的要求为洞径的1.5倍～2.0倍以上，满足发电引水洞正常工作的水库最低死水位应在701.5 m以上，水库死水位在707 m以上比较好布置。

从泥沙淤积要求来看，水库拦沙运行50年，淤积库容约1848.2万m3，死水位711 m相应库容7290万m3，此库容对水库泥沙淤积所需容量是有非常充裕的。

综上所述，本阶段复核后，确定吉勒布拉克水库死水位为711 m。

4 结语

死水位是水库电站重要的运行参数，但不同的阶段应采用不同的方法、深度进行比选分析确定，规划阶段可根据水库消落深度与电能关系综合确定死水位为707 m。工程设计阶段应根据综合利用要求、动能经济指标、泥沙淤积和水工布置等因素综合比选确定死水位为711 m。