水口坝下水位治理工程建设必要性分析论证

2011-04-01扈晓雯芮德繁

大坝与安全 2011年5期

扈晓雯，汤暘，芮德繁

（中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州 310014）

1 闽江流域航运概况

闽江为福建省发展内河航运的主要河流，目前流域内有沿富屯溪及沙溪的鹰厦铁路、沿建溪的横南铁路和沿闽江干流的外福铁路为骨干的运输网，同时流域内公路交通发达。近年来，在交通部和福建省政府的重视与支持下，水运基础设施的建设得到了明显加强，沙溪上先后兴建了多座船闸，永安市至南平市145.8 km航道已达V级标准。富屯溪上也先后兴建了多座船闸，顺昌市至南平市60 km航道已达V级标准，邵武市至顺昌市98 km航道已达VII级标准。建溪上的建瓯市至南平市67 km航道也已达V级标准。闽江干流自1996年建成水口枢纽，并对水口枢纽下游碍航险滩进行整治后，水口水电站枢纽至福州市84 km航道除部分河段外，已基本达到IV级标准，福州市至梅花出海口航道达I级标准，2万t巨轮可以乘潮进出福州港。

根据《福建省内河航运规划》成果，闽江流域内河航道：2010年货运量1 745万t，货运周转量13.8亿t·km；2020年货运量2 210万t，货运周转量19.5亿t·km。闽江干流：2010年货运量950万t，其中下行530万t、上行420万t；2020年闽江干流货运量1 200万t，其中下行670万t、上行530万t。水口水电站：2010年过坝货运量795万t；2020年过坝货运量 1 125万t。

目前，水口水电站下游河床下切，水位下降，水口水电站的过船建筑物门槛水深不足，导致船舶过坝不畅，每年实际过闸货运量仅110万t左右，约为过闸设计通过能力400万t的25%，如2008年水口过闸货运量约为110万t，差距较大。按水口水电站现有的船闸通航能力分析，至规划水平年2010年、2020年，将分别有近690万t、1 020万t的货物由水运改为其它运输方式承担。目前，闽江水运主要集中在水口水电站坝下至闽江口河段，里程约84 km。

根据水口水电站通航建筑物原设计成果，上游最高通航水位为65 m，上游最低通航水位55 m；下游最高通航水位21.8 m（重现期2年洪水），下游最低通航水位7.64 m（下泄流量308 m3/s）。

2 水口水电站下游航运存在的主要问题

随着闽江干流和主要支流水电站梯级的陆续开发，一定程度上渠化了原有天然河道，大部分暗礁和险滩被淹没，河道通航条件得到较大改善。上世纪80年代后陆续开发建设的水电站已均按规定预留了船闸位置，并且上闸首等水下部分均已一次性建成。对通航来说，这些水电闸坝的形成整体上利大于弊，为未来航运发展创造了一定的有利条件。

水口水电站的建设大大改善了南平至水口水电站的航运条件，为未来扩大闽江运输能力、开辟内河集装箱航线创造了有利条件，但是目前发展闽江航运的最大瓶颈在水口水电站以及下游河道下切。主要原因是随着水口水电站的建成投运，坝址上游大部分泥沙被拦在库内，导致大坝下游泥沙减少，加上常年无序采砂，下游河道水力条件发生了很大变化，河床冲刷程度严重，直接导致水口水电站枢纽坝址下游河床下切、水位下降，枯水期水口通航建筑物门槛水深不足，严重时产生断航。根据水口枢纽通航建筑物设计，当水口电站下泄308 m3/s时，下游最低通航水位为7.64 m，相应的四闸首门槛水深为3 m。自水口电站建成后，相同流量的下游水位一直处于下降中，至水口电站全部机组建成投产时，基荷流量时，四闸首门槛水深仅为1.53 m，较设计值低了1.47 m。此后，由于河床仍处于下切中，至2004年12月，当泄放308 m3/s时，下游水位仅为4.42 m，较设计通航水位降低了3.22 m，船闸四闸首槛顶出露水面。为满足通航要求，水口电站下泄航运流量不断加大，从2000年800 m3/s到2006年提高到2 350 m3/s，为原设计所需最小通航流量的7倍多。目前为满足船舶正常进出船闸和河道设计通航水深要求，需要电站往下游加大泄放流量，这就要求水口水电站加大强迫出力，而加大强迫出力对水口水电站的发电效益将产生较大的不利影响。

3 工程建设必要性论证

3.1 改善闽江下游航道条件以恢复通过能力

若下游航道进一步恶化，将可能导致福州至南平的全面断航，相关航运企业的生存发展将面临挑战，不利于社会经济的协调发展。

本工程建设可解决水口水电站枢纽坝址下游河床下切、水位下降问题，消除闽江航运发展的最大障碍。工程建成后使下游水位恢复到原设计水位7.64 m，可一定程度上减轻水口水电站调峰运行不稳定流的影响，同时也减轻对下游河床的冲刷影响，可大大改善闽江下游河道的通航条件，为扩大闽江运输能力、开辟内河集装箱航线创造有利条件。

3.2 保证水口水电站机组稳定运行

水口水电站正常蓄水位为65 m，死水位为55 m，电站装机7台，装机容量1 400 MW，电站满发流量为3 934 m3/s，电站设计水头45.3 m。水口水电站选用轴流式机型，使用水头范围为30～55 m，当消落水位为57 m时，水口水电站运行水头在30～58 m。目前由于水口电站大坝下游河床不断下切，机组满发流量对应的水口尾水处的水位为9.47 m，较原设计的下游水位12.98 m低3.51 m。由于水口水电站下游河床下切、电站发电尾水位下降、淹没水深不足，水轮机吸出高度比设计临界值小，在此类运行工况下，机组振动、摆动、气蚀大幅度增加，对水轮发电设备造成严重损伤。

本工程建成投产后，将适度抬升水口水电站下游水位。在水口水电站下泄308 m3/s的航运流量时，水口水电站下游水位将抬高至原设计的7.64 m，满足通航要求，同时水口水电站机组满发流量3 934 m3/s对应水口坝下水位抬高至11.66 m，较现状相同流量对应的水位抬高约2.19 m，使得水口水电站机组淹没水深不足、水轮机吸出高度比设计临界值小的问题得以解决。

3.3 改善水口水电站运行条件并提高电能质量

由于水口水电站坝下水位持续下降，水口公司为维持通航，每年都在增加保证通航的泄量，严重制约水口水电站在福建电网中调峰、备用等能力的发挥。

水口水电站原设计航运基流为308 m3/s，为维持通航，水口水电站下泄的航运基流不断增加，2000年为800 m3/s，2004年为1 500 m3/s，2005年为2 000 m3/s，2006年提高至2 350 m3/s，为原设计所需最小通航流量的7倍多。由于航运基流增加，水口水电站的正常运行受到较大的制约，电站基荷发电量增加，峰荷电量减少，调峰及备用能力基本不能发挥，电站容量效益达不到原设计的要求，也对电网安全稳定运行产生不利影响。

本工程建设后，可使水口水电站承担正常的调峰和备用任务，发挥电站容量效益，为电网提供优质的电力和电量，提升电站整体效益水平，有利于电网的稳定、经济运行。

3.4 解决闽江中下游航运问题的较佳治理方案

在水口水电站枢纽坝下水位治理工程方案研究阶段，提出两类方案进行比较，第一类方案是研究对原通航建筑物进行改造，即在原三级船闸和升船机下游分别增建一级船闸，通过增建船闸，与现有的下游引航道衔接，以恢复枯水期正常通航条件。第二类方案是在水口坝下一定范围的河段内新建综合枢纽工程，以恢复该河段在通航基荷流量条件下水口枢纽过坝最低通航水位7.64 m，并恢复电站的正常尾水位。

经对地形地质条件、水口水电站（包括嵩滩埔电站）的防洪与发电的影响、水工建筑物、施工组织设计、建设征地移民安置、投资估算、施工期通航条件等进行综合分析研究，推荐采用在水口电站下游一定范围内河段上新建枢纽方案，抬高水位解决通航问题。

水口坝下水位治理具有综合治理能力强、工程措施全面的特点。工程建设后，可确保水口水电站通航建筑物有足够的门槛水深，利于上下行船舶正常进出水口水电站通航建筑物，是解决闽江中、下游航运问题较佳的治理方案。

3.5 有利于社会经济协调发展

水口坝下水位治理建成投产后，改善了闽江的航运条件，使水口电站现有航运能力得到较大的提高，从而保证了福建闽江内河航运的2010年、2020年等远期规划目标得以实现。因此，本工程建设可促进闽江航运事业的良性健康发展，带动沿江经济社会发展，解决部分人口就业问题，支撑和谐社会的构建，为全面建设小康社会、为海峡西岸经济区建设做出贡献。