（云南联合电力开发有限公司）
摘要：本文论述了瑞丽江一级电站结合电站水利枢纽特点，通过探索实践摸索出多泥沙河流电站水库运行与泥沙调度的管理经验，电站经历2次成功的空库朔源冲沙和3次设计院水库测量的淤积报告对比，制定出科学、合理的水库运行与泥沙调度的管理制度，为电站今后减少泥沙对机组过水部件的磨蚀、及时冲排水库淤积方面奠定了坚实的基础，从而提高了水库调度运行管理水平。
关键词：多泥沙河流电站；水库淤积；过机泥沙磨蚀问题；泥沙调度方法
瑞丽江一级电站从2008年9月6号首台机组投入运行以来，目前已经历经了8年防洪度汛的安全考验，在此期间水库分别在2012年8月和2014年8月开展了2次有效的空库朔源冲沙，达到了清库容的目的，并取得了对多泥沙河流水库运行调度管理和泥沙调度方面的探索性成功经验。
1. 电站及水库概况
缅甸瑞丽江一级水电站位于缅甸联邦共和国北部掸邦境内，紧邻中缅边界的瑞丽江干流上。电站装机容量为6×100MW，挡河坝为混凝土重力坝，最大坝高约47m，按我国防洪标准，该工程属Ⅱ等大（2型）工程，其主要建筑物为2级建筑物，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。电站设计水头约295m，引用流量165m3／s。
水库正常蓄水位725m，死水位717m，设计洪水位731.682m，校核洪水位732.785m，总库容 ，其中调节库容为 ，具有日调节能力。
2. 水库运行调度管理的基本内容
水电站水库调度直接关系到工程安全和水电站安全经济运行及其水库综合效益的发挥，对人民生命财产和国民经济有重大影响，因此，要搞好水库调度，保证运行调度方案和计划的实施，必须按照党和国家的方针、政策、《水法》、《电力法》和有关规定，结合电站水库的实际情况，制定出科学合理的水库运行调度管理，经上级主管部门或机构审批后执行。基本内容包括：
（1）制定出科学合理的水库调度规程及工作制度。其中，水库调度规程应涵
盖水利枢纽工程概况，水库运行调度的基本原则，水库调度技术管理的工作内容，有关年度计划编制与实施的一般意见和可能采取的措施，有关水库工程观测、水文、水情测报及水文气象预报的要求、规定，水库调度的通信保障及水库调度工作制度；工作制度应包括：a、组织、审批、执行及请示报告制度。一般情况下，设计特征值和指标的复核及相应运行调度方案的编制每5~10年进行一次；b、技术管理及运行值班制度；c、与有关单位和部门的联系制度。为了互通信息，密切配合，加强协作，搞好水库调度，水电站应主动与水库上下游地方政府、防汛机构、上级主管部门等有关单位、部门建立联系制度，必要时要达成协议，共同遵守执行，比如瑞丽江电站与澜沧江公司的集控中心和上游龙江、龙另电站的联系长期保持制度化；d、总结制度，总结可以在讯后或年末进行，包括当年来水、防汛、度汛、发电情况，水文气象预报成果及误差，实际运行调度指标与原计划指标的比较，防洪、发电等效益的评定，本年度运行调度工作的经验教训及对下年度水库调度的初步意见、建议等。
（2）水库运行调度方案的编制。运行方案的编制内容应当包括：a、在基本
资料方面，重点要求进行径流（包括洪水、年径流及年内分配）资料的复核；b、在防洪方面，要求选定汛期不同时期的防洪限制水位、调洪方式下各种频率洪水所需的调洪库容及相应的最高调洪水位、最大泄洪流量等防洪特征值和指标；c、在发电、灌溉等方面，要求核定合理的水库正常蓄水位、死水位、调节水库的年正常消落水位与年库容，选定有效的水库调度方法，拟定水库调度制度规则及建立相应的调度函数或编制相应的水库调度图、表等。
（3）水库年度发电计划的制定。在编制年度生产计划时，首先必须确定该年
的来水及其年内分配过程，可以采取保证率法、预报法和综合法，在电力系统电力电量平衡中编制年发电计划所用的保证率一般选为70%~75%左右。
（4）水库当年度汛计划的编制。运行调度期间根据实际情况的变化每隔若干
年编制一次，水库年度防洪调度的实施工作，原则上是按照预先编制的防洪调度方案和利用长期水文预报制定的当年防洪调度计划进行。在具体的防洪调度及操作中，则利用中短期预报，分析当时的雨情和水情，在一定范围内灵活地实施操作调度，以求得更大的综合效益。
（5）水库调度的评价与考核。目前发电调度考核采用的主要考核指标包括：
节水增发电量、水能利用提高率，这两个指标能够全面反映水库经济运行状况。
3. 水库泥沙的危害
天然河流中的流沙，是由粗细不一的颗粒组成，主要来自流域内的地表冲蚀，其次来自河床的冲刷。泥沙按其运动形式，可分为推移质和悬移质两类。推移质是沿河床表面层向前滚动、滑动或跳跃前进的粗颗粒泥沙。悬移质则是悬浮在水中并与水流同速前进的较细颗粒的泥沙（泥沙颗粒直径为0.02~0.05mm)。据观测统计，多沙河流中的悬移质沙量比推移质沙量要大得多，瑞丽江一级电站多年的水库运行经验也是如此（见2012年空库冲沙图片）。
水库泥沙造成的危害可概括为“淤、堵、磨”三方面的问题。
危害主要表现为：泥沙淤积使水库有效库容减小，从而使水库的防洪能力和供水能力降低，发电效益下降；泥沙淤积向库尾上延后，直接对有航运要求的河道产生影响，瑞丽江电站水库航运问题不突出，巡库时需要船只通行；泥沙淤积后容易引发库区周围地下水位台高，使土地沼泽化、盐碱化，增加水库的浸没损失，造成库区周边滑坡体危害；泥沙淤积后，容易使过机组泥沙增加，加剧机组过水部件的磨蚀问题，缩短机组的检修周期。这些危害问题在多泥沙河流上的中小型水库显得更为突出。
4. 水库泥沙冲淤现象及其规律
天然河流中的泥沙运动和水流状态密切相关，不同水流流态的挟沙能力也不相同。在水流与河床相互作用的过程中，河床的变迁主要通过泥沙运动来实现。一方面泥沙淤积可使河床抬高；而另一方面，泥沙冲刷可使河床降低，水库的存在使库区的泥沙运动规律发生了改变，因此需要冲淤来重新调整河床。
（1）库区存在的水流流态和输沙流态情况。就库区泥沙冲淤而言，库区水流流态主要有“壅水流态”和“均匀流态”两种。瑞丽江电站进水口挡水建筑物因库容较小，仅有1144万m3，库容系数仅0.063%（β=2%以下为无调节），库容的调节能力为日调节（ β<3%属日调节），只在枯期起调节作用，汛期采用径流式电站模式发电，因此日调节电站也称为径流式电站，挡水建筑物基本不起挡水作用，机组发电进水口的流速与河道流速基本接近，流态也基本相似，因此属于后一种流态为均匀流态。
（2）在壅水流态情况下，一种是当浑水进入壅水段后，泥沙扩散到水流的全断面，过水断面，过流面各处都有一定的流速和含沙量，就形成壅水明流输沙流态；另一种是如果浑水含沙浓度较高且细颗粒较多，浑水入库后，不与清水参混，而是潜入清水下面沿库底向下游运动，有的中途消失，有的可一直到达坝前，这种在清水下面运动的浑水水流称为异重流，这种输沙流态称为异重流输沙流态。当异重流抵达坝前不排出库外，则异重流浑水就在坝前清水下面滑蓄而形成浑水水库，浑水水库因泥沙颗粒较细且含沙浓度较高，因而其沉降过程不同于明流输沙过程，故称为浑水水库输沙流态。
（3）库区泥沙淤积形态。
库区不同的水流流态对应不同的输沙流态和相应的淤积形态，简单的说，库区泥沙淤积形态，就其纵剖面形态而言，可分为三角形态淤积、锥形淤积和带状淤积三类。三角形淤积主要发生在库容较大、库水位较高且变幅较小、同时来沙量较少且颗粒较粗的水库，如小湾电站水库就属于此种泥沙淤积形态；一般河流上的中小型水库，库容小，底坡大，壅水段短且库水位变幅较大，在进库泥沙量多的情况下，水流能将大量泥沙带到坝前，易于形成锥体淤积；带状淤积是指淤积体均匀地分布在回水范围库段的淤积；对缅甸境内的瑞丽江电站水库而言，当龙江电站水库建成后，瑞丽江电站水库上游河道冲刷带来的泥沙量有所减少，并且泥沙颗粒较细，库区流速较大、库水位变化幅度也较大，瑞丽江电站水库泥沙淤积变化为带状淤积。
（4）水库泥沙的冲刷方式
水库泥沙的冲刷可分为溯源冲刷、沿程冲刷和壅水冲刷三种。溯源冲刷是指当水库水位下降时产生的向上游发展的冲刷。当前期淤积有压密的抗冲性较强的粘土层时，在冲刷中库区床面常形成跌水，否则，冲刷呈层状从淤积面向深层同时也向上游发展；沿程冲刷是指不受库水位升降影响的库段，仅因水沙条件改变而引起的冲刷。这种冲刷是从上游向下游发展的，因此，当库区回水末端附近需要冲淤时常采用沿程冲刷来清除，而近坝段的淤积则多用溯源冲刷来清淤；壅水冲刷是指当库水位较高且无入库洪水时，开启底孔闸门所发生的冲刷。这种冲刷只在底孔前形成一个范围有限的冲刷漏斗，其漏斗发展的大小与淤积物的固结程度有关，漏斗发展完毕，冲刷也就结束。
（4）水库泥沙冲淤的基本规律
水库的淤积或冲刷都是调整水流挟沙能力，使河槽适应水库来水来沙及其他外在条件的一种手段。淤积总是向不淤积的方向发展；而冲刷则是朝着不冲刷的方向发展。输沙不平衡引起了冲淤，冲淤的目的是为了达到不冲淤的平衡状态，但是冲淤发展过程中的平衡状态不是指原河道的平衡状态。而是新的平衡状态，而且冲刷和淤积达到的新平衡状态又各有不相同。这就是冲淤发展的平衡趋向性规律，是冲淤发展过程中的一个基本规律。
5. 瑞丽江电站水库泥沙调度方式的选择
水库泥沙调度就是要根据水库及其流域的具体水沙特性，结合水库各种兴利要求，通过对水库水位和泄量的运用控制，达到排沙、减淤目的。我国目前的水库泥沙调度方式大致可分为“拦洪蓄水和蓄清排浑”两大类。
因拦洪蓄水运行方式在汛期拦蓄洪水而不泄流排沙，不考虑泥沙调节或只利用弃水排沙，仅适用于含沙量较低、库容较大的水库，因此，瑞丽江电站水库只适用采用“蓄清排浑”的运行方式。这种方式是我国多泥沙河流水库目前所采用的主要运用方式，可采用的排沙措施有：
（1）滞洪排沙。这种方式排沙效率高，一般可达80%左右。
（2）异重流排沙。中小型水库异重流较容易形成，且排沙率高，一般可达50%~60%左右，此方式采用较普遍。
（3）泄空冲沙。泄空冲沙的冲刷范围及冲刷量虽然有限，但对排除洞口淤泥较为有利。
（4）基流冲沙。虽然基流较小且冲刷有限，但可在库区拉出一条深槽，对形成和保持有效库容极为有利。
（5）人工辅助排沙。
6. 瑞丽江电站水库泥沙基本情况及历年调度运行成果
根据前阶段设计成果，由于流域植被差，汛期有大量泥沙入库，多年平均含沙量为0.76kg/m3，多年平均悬移质沙量876万t，汛期（6月~10月）平均流量646.5m3/s、输沙率607kg/s、含沙量0.939kg/m3，泥沙淤积严重，保库问题突出。坝址多年平均推移质沙量87.6万t。水库开始运用时，入库悬移质大约有一半沉淤下来，另一半随发电、泄洪水流排出水库，死库容起着沉沙池的作用。
（1）历年水库调节库容详见下表。
瑞丽江一级水电站水库调节库容成果表
（2）根据历年来所计算的分层库容成果，利用高程和库容的关系绘制库容曲线比较图，详见图。
图 库容曲线图
（3）2016年瑞丽江水库河道淤积情况测量成果
次测量成果与2016年12月测量的剖面深泓线进行比较，比较结果详见下表。
水库淤积测量深泓线成果比较表
根据水库深泓点成果表绘制的河道深泓线纵剖面图与历年来的深泓线作比较，详见下图。从表可以看出，2015与2014年比较淤积量主要集中在S27~S05横剖面之间，即水库坝前段；2016与2015年比较淤积量主要集中在S28~S04横剖面之间，即水库坝前段。
根据测绘表及比较图可以看出，河道深泓线差异较大的是在坝前3km测段，这段泥沙淤积较为显著；而库中段深泓线高程变化值较小，泥沙淤积不显著；库尾段基本在正常蓄水位以上，属于天然河床，对水库影响较小。
图 河道深泓线纵剖面比较图
7. 瑞丽江电站水库泥沙调度运行方式
根据电站水库多年运行泥沙於积规律，瑞丽江水库主要趋势表现为淤积，其中坝前段为淤积、库尾为冲刷、水库中段冲刷淤积相对平衡，水库正常蓄水位EL725m下库沙比仅为1.5，为长期保持调节库容，避免泥沙淤积侵占有限库容，并上延对上游防洪的不利影响，水库需要采取“蓄清排浑”的运行方式。因水库来沙集中在6月~10月的特点，汛期在保证机组高负荷率的发电流量和保证进水口压差的水位要求前提下尽量保持低水位运行方式。当预测来流量大于发电流量时，及时打开闸门泄流；当上游发生较大洪水时，应及时开启泄洪冲沙洞及冲沙底孔闸门泄流拉沙，电站保证在基荷运行或弃水调峰。
瑞丽江水库泥沙调度总原则：定期排沙与及时排沙相结合。定期排沙指利用汛初、汛末以及周期空库冲砂方式；及时排沙解决水中挟沙问题，指根据上游来沙情况及时通过导流孔、冲沙孔、表孔排沙的方式（与上游电站同步排沙、在异重流或浑水水库时及时排沙、上游来大洪水时及时下泄排沙内容）。
8. 机组过机泥沙磨蚀问题处理方法
因瑞丽江电站水库为多泥沙河流上的水库，汛期机组发电过机泥沙较大，目前制约瑞丽江电站机组大修周期无法达到4~6年要求的主要原因就是机组过水部件磨蚀严重的问题。机组连续运行2-3年后，活动导叶、底环、顶盖以及转轮都会出现比较严重的冲蚀情况，小修时可以局部处理转轮的出水段磨蚀问题，但其它部件只有机组大修时安排更换或修复工作，根据以往的机组运行经验，机组大修周期安排应按照4年作一次循环较合理，每年安排最多2台机组大修，4年完成6台机组的一次循环，第5年开始新一轮机组大修周期的循环。
解决机组泥沙磨损问题的主要方法有两方面思路。一是通过汛期合理泄流排沙，减少水库淤积和过机泥沙；二是通过新工艺、新材料和新技术手段，提高机组过水部件耐磨蚀能力。
以上两种思路，第一种解决的是减少过机组泥沙对机组过水部件的冲蚀问题；第二种解决的是如何延长机组过水部件出现冲蚀后避免继续恶化的问题。
具体处理的综合实施措施有：
（1）制定科学合理机组大修周期；
通过机组运行状态、监测数据分析评估安排检修时间和按年度计划安排检修周期相结合的原则。
（2）优化水库调度管理及泥沙调度方式；
根据历年水库运行经验总结找到规律，应用找到的规律减少水库泥沙淤积和过机泥沙，达到机组过水部件最大限度的减少泥沙冲蚀。
（3）与上游有关单位、政府部门形成联系制度；
针对径流式电站特点，最大的发电制约因素是上游来水情况，龙江电站是瑞丽江电站上游最大的库容电站，发电的多少直接影响下游电站的运行情况，因此，建立起一种能长期保持的合作关系是至关重要的科学手段。
（4）制定科学合理、经济高效的水库朔源冲沙周期，减少水库泥沙淤积；
（5）利用好与机组设备厂家的技术服务体系，提高检修质量；
机组存在过修或修理工艺不当都会导致检修质量的问题。
（6）研究运用新材料、工艺技术等延长检修周期等手段方法。
作者介绍：罗有德，男，彝族，工程师，生于1971.2.5----今长期从事水电站生产设备运行、维护、管理工作。
论文作者:罗有德,郭鸿鹅
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/18
标签：水库论文; 泥沙论文; 电站论文; 瑞丽论文; 库容论文; 机组论文; 库区论文; 《电力设备》2018年第30期论文;