黄河海勃湾水利枢纽电站防凌期发电研究

黄河海勃湾水利枢纽电站防凌期发电研究

钱明雄

钱明雄

（内蒙古大唐国际海勃湾水利枢纽开发有限公司内蒙古乌海市016000）

摘要：黄河海勃湾水利枢纽电站在保证防凌汛功能的同时，通过对冰凌情况的分析，提高在长达近5个月的凌汛期间的发电量，充分利用黄河水资源，在保证凌汛安全的前提下最大限度发挥电站发电潜能，从而获得更高的经济效益。

关键字：电站；防凌；发电

一、概况

黄河海勃湾水利枢纽主要由土石坝、泄洪闸、河床式电站等组成，坝长6.9km，坝高1078.7m，正常蓄水位1076m，总库容4.87亿m3，装有4台灯泡贯流式机组，总装机90MW。

该枢纽电站地处黄河流域最北端，该段河流从石嘴山市入境自西南流向东北，由于该段黄河特殊的地理位置，上游气温较高，下游气温较低，形成该河段封河自下而上，开河自上而下的规律，这种封开河顺序使冰厚自上而下逐渐增厚，再加上流凌期间，流凌密度增大，水流阻力增大，流速较低，水位上涨，极易形成冰塞和冰坝。

二、黄河乌海段冰情

乌海黄河段河道开阔，比降缓、流速小、气温低，在冰凌封河期，下游河道先封河，当封冻冰盖前缘上移遇到水面比降由缓变陡时，大量冰花在水流的作用下潜入冰盖下堆积，并堵塞部分过水断面，造成上游水位涨高，形成冰塞。当上游开河形成凌峰，而此时下游还未达到自然开河条件时，冰层以下的过流能力不足以通过上游的凌峰，冰块在强大的水流的作用下向下移动，在狭隘段或弯道浅滩等地带，冰块上爬下插，阻拦冰水去路，形成冰坝。

根据黄河的封河情况，11月份至翌年3月份是凌汛期，整个凌汛期分三个阶段，第一阶段为流凌封河期，流凌日期最早为当年11月中下旬，流凌至封冻一般为17天，最长30天，最短6天。第二阶段为稳封期，持续时间比较长。第三阶段为开河期，开河期约为次年3月15日左右，开河期流凌历时5-10天。

三、凌汛期水位调度

由于受上游工程影响，海勃湾水利枢纽不能达到1076m高程的正常蓄水位，造成凌汛期无法按照设计标准正常运用。目前，最高蓄水位1073.5m高程，库存水量为2.49亿m3，整个运行期对防凌功能和经济效益受到很大影响。针对目前现状，根据水库的调度严格遵守发电服从防凌，防凌调度兼顾发电的要求，实现水资源的优化配置和合理利用，将整个凌汛期水位调度按照三个封河阶段有序控制，保证安全防凌的同时争取更大的经济效益。

1、流凌封河期

要实现凌汛期发电的目标，做好流凌封河期调度运行是关键，封河期适当加大下泄流量，提高封河期冰盖，以便增大冰下过流能力。灌区冬灌结束后，为了防止宁夏灌区退水造成下游封河流量过大，需要控制河道流量过程，以不超过初封时的流量为宜。封河期海勃湾控制下泄流量一般为900-650m3/s左右，库区水位从1073.5m降至1071.5m，腾出库容1.3亿m3，同时尽量将库区流凌下泄，减少库区上游卡冰结坝的几率，也可满足下游高冰盖封河要求。

凌汛期到封河期按照15天计算，为防止封河日期提前，发生弃水现象，结合下游封冻情况，平均每天可在11月份平均流量的基础上多下泄150m3/s，提前4-5天将库区水位降至1071.5m，此阶段可以启动三台机组发电，保证流凌期水位控制时不发生水库弃水，通过有计划的合理调度可增发215万KW.H的电能。

2、稳封期

控制河道流量不超过封河期的流量，且避免流量剧烈变化。防止后期流量增大，造成封冻冰盖水鼓冰开形成“武开河”灾害，此时段，上游调控水流量一般在650-400m3/s左右，枢纽可根据上游来水情况保持平稳下泄来水，此时可满足2-3台机组发电需求，保持稳封期水库最高蓄水位不超过1071.5m，在稳封后期要按照实际气象、水文条件提前15天实施降低水位至1070.0m，再增加库容0.744亿m3，保证为开河期提供有效库容，为开河水流调控创造条件。稳封期合理计划调度，平稳消化掉库存0.744亿m3的水，增发123万KW.H的电量。

3、开河期

库区水位在1070.0m，为尽量减小河道流量，控制下泄流量不大于400m3/s，使下游河段小流量开河，减小输水、输冰能力，改善下游开河条件，枢纽将拦蓄部分上游下泄水量，控制流量为400m3/s。保持两台机组低水头运行发电，由于较小的下泄流量，加上上游槽蓄水的释放，海勃湾水利枢纽库区水位将有所提高，因此，要按照黄委统一调度的要求严格控制，为下游文开河创造条件。此期间，关键是控制小流量下泄，机组平稳发电，为下游开河减轻压力。

四、风险应对及应急处置

流凌期枢纽要重点关注上游来凌情况，上游来凌平稳有序时加大观测，可通过机组段有效控制，机组拦污栅前堆积流凌过多时可采取门机抓斗人为干预方式，通过破冰，抓冰及水流自身扰动消除冰凌堆积，保证机组段水流畅通。如果上游大面积、大块状来凌，为防止机组段卡冰堆冰，造成整个凌汛期无法发电，可采取人为引冰方式进行干预，此时，可减少机组段过流能力，牺牲部分电量，开启泄洪闸段闸门将大块状冰凌引至泄洪闸段，保证稳封期机组平稳发电。否则，一旦机组段卡冰结冰，拦污栅冻结，整个凌汛期将无法发电。稳封期密切关注上游来水情况及下泄流量，防止大流量泄水造成已封冰面鼓开，形成险情。开河期重点控制好库容，为上游下泄的槽蓄水及封河期形成的凌峰做好储蓄准备，发挥库区的拦蓄作用减轻下游开河压力。

五、结语

1、通过科学计划，控制好流凌封河期调度运行，提前将库区水位降低，同时尽量将库区流凌下泄，减少库区上游卡冰结坝的几率，保证流凌期控制水位时不发生水库弃水，通过合理调度实现流凌封河期增发电量。

2、封河期重点控制平稳下泄的基础上合理计划调度，同时提前实施降低水位至1070.0m，保证正常发电的同时，合理消化库存水量。

3、开河期控制小流量下泄，机组平稳发电，为下游开河减轻压力。重点关注上游槽蓄水对库区水位的影响，防止机组拦污栅卡冰。

4、整个凌汛期加大观测，做好应急抢险准备，一旦库区坝前出现卡冰结冰，拦污栅冻结现象，果断采取人为干预方式进行。严重时严格按照电调服从水调的原则，果断采取措施，保证水坝及整个流域的安全。