武川水廠采用有壓管線從武川水廠引水，引至廠區(qū)減壓后進入湍流池。水廠采用減壓閥進行減壓消能，由于減壓閥需根據(jù)引流量調(diào)整閥門的開啟度，減壓閥長期處于局部開啟狀態(tài)。減壓閥震動大，損耗嚴重、檢修費用高，并且這種減壓方式也是對水能的一種浪費，因此需要對消能方式進行改造，充分利用水能資源。武川水廠水能利用改造工程裝機容量430kW，最大水頭56.55m，最小水頭34.93m，設(shè)計水頭53m，機組臺數(shù)2臺，單機額定流量0.5m3/s。

一、概述

白銀市武川水廠位于白銀市武川鄉(xiāng)東澗溝村境內(nèi)，距白銀市區(qū)13km。水廠4.5km處有包蘭鐵路和蘭景公路通過，且工程區(qū)有多條鄉(xiāng)間大道相連。工程場內(nèi)外交通條件良好，對外交通較為便利。水廠每年向白銀市提供城鎮(zhèn)生活毛用水量2404.62萬m3。日平均供水量6.59萬m3，高峰期日供水量8.56萬m3。武川水廠通過有壓管線從武川水庫引水，引水管線長810m。

武川水庫為一峽谷型注入式水庫，主要任務(wù)是調(diào)蓄引大工程水量，改變引大供水結(jié)構(gòu)，提高引大工程水資源利用的綜合效益。水庫總庫容839.22萬m3，興利庫容779.22萬m3，正常蓄水位1929.9m，設(shè)計洪水位1930.06 m，校核洪水位 1930.52m，防洪限制水位為1929.9m。水庫回水長度約1.7km。

武川水廠采用有壓管線從武川水庫引水，引至廠區(qū)減壓后進入湍流池。目前水廠采用減壓閥進行減壓消能，這種減壓方式也是對水能的一種浪費，因此通過在引水管線下游設(shè)水電站，達到消能，并充分利用水能目的。

二、工程建設(shè)的必要性

（一） 改造消能方式充分利用水能

武川水廠采用有壓管線從武川水廠引水，引至廠區(qū)減壓后進入湍流池。目前水廠采用減壓閥進行減壓消能，由于減壓閥需根據(jù)引不流量調(diào)整閥門的開啟度，減壓閥長期處于局部開啟狀態(tài)。減壓閥震動大，損耗嚴重、檢修費用高，并且這種減壓方式也是對水能的一種浪費，因此需要對消能方式進行改造，充分利用水能資源。

（二）增加企業(yè)收益

白銀市動力公司凈化水廠是一個源能消耗性單位，水電站利用水庫至凈水廠之間的輸水落差，可充分利用水力資源，降低水廠對外的能源需求量。兩電站每年可發(fā)電500kW·h，除自用外，大部分上網(wǎng)，給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟收益。

（三）節(jié)省不可再生資源、減輕環(huán)境污染

水電站的適度開發(fā)不但可以緩解當?shù)仉娏π枨髱淼膲毫?，而且可以有效減少常規(guī)能源尤其是煤炭資源的消耗及煙塵等有害物質(zhì)的排放，減輕了環(huán)境污染，保護了生態(tài)環(huán)境。原水廠的冬季取暖全部采用燃煤鍋爐，耗煤量大、污染物排放量大，不符合環(huán)保部門的要求，該工程建成后，可對采暖方式進行改造，全部采用電能，從而減少污染、降低運行成本。

綜上所述，盡早開始武川水廠水能利用改造工程工程是非常必要的。

三、特征水位選擇

（一）基本資料

1.水庫供水流量資料

武川水庫為注入式水庫，水源全部來自引大工程，水庫為白銀市自來水廠水源。在水廠建成后，對注入水庫水量進行連續(xù)監(jiān)測記錄，對從水庫取水量也進行了連續(xù)監(jiān)測記錄，成果十分可靠?？紤]到水庫為人工注入式水庫，無天然徑流影響，無豐、平、枯年份區(qū)別，因此只對2015年的水量記錄作為分析對象。取水流量過程見圖1。

2015年主要特征流量如下。

最大取水流量：1.094m3/s;最小取水流量：0.438m3/s;加權(quán)平均流量：0.712m3/s。

2.水庫蓄水位

本水庫為年調(diào)節(jié)水庫，根據(jù)引大來水過程和設(shè)計水平年用水過程進行興利調(diào)節(jié)計算。設(shè)計水庫從3月開始蓄水，水庫初始庫容為死庫容30萬m3，水位為死水位1900.5m，入庫流量為2.22m3/s，日入庫水量為19.16萬m3，出庫流量為0.78m3/s，日出庫水量為6.71萬m3。8月上旬水庫蓄滿，水庫庫容為839.22萬m3，水位為正常蓄水位1929.9m;8月中旬開始放水，此時進入引大工程的檢修期，水庫沒有入庫水量，出庫流量為1.19m3/s，日出庫水量為10.28萬m3，放時時段一直到9月末，月末庫容為373.4萬m3，水位為1920m;10月份再次蓄水，入庫流量為1.39m3/s，日入庫水量為11.99萬m3，出庫流量為0.78m3/s，日出庫水量為6.71萬m3，蓄水時段持續(xù)至11月11日引大供水期結(jié)束，此時水庫庫容為699.53萬m3，水位為1928m; 11月11日以后開始第二次放水，出庫流量為0.78m3/s，日出庫水量為6.71萬m3，到次年3月上旬放至死庫容。

不考慮降水影響，扣除蒸發(fā)、滲漏損失后，水庫興利庫容為779.22萬m3，正常蓄水位為1929.9m，年供水量2404.62萬m3。

在投入進行后，對水庫水位進行觀測，2015年的全年水庫水位變化如圖2所示。

2015年特征水位。

水庫最高蓄水位：1930.14m;水庫最低蓄水位：1913.02m;全年水位變幅差為：17.12m。

（二）特征水頭

1. 水庫水位

武川水庫為注入式水庫，為年調(diào)節(jié)水庫。水庫水位隨注入水量與水廠取水量的增加減少而變化。根據(jù)對2014年、2015年的水位變化統(tǒng)計，水庫最高蓄水位1930.45m，水庫最低蓄水位1909.79m，全年水位變幅差為：20.66m。

2.設(shè)計尾水位

電站尾水出來后接原輸水管線，進入凈水廠的湍流池，湍流池內(nèi)水面高程1871.65m，考慮到管線水頭損失及湍流池對水頭的要求，電站設(shè)計尾水位為1873.65m。

3.設(shè)計水頭

可利用的水頭落差： ▽Z=水庫水位-尾水出口水位

經(jīng)計算可利用的水頭在56.8m～36.14m之間。

4.管道水頭損失

電站壓力管線利用原水廠引水管線，引水管道810m，全部為球墨鑄鐵管，管徑d=900mm，在電站廠房前，分成兩叉管接入廠房。經(jīng)計算，總水頭損失為1.21m。

5.最大水頭

武川水廠水能利用改造工程最大水頭按水庫最高水位1930.45m，最小發(fā)電流量工況計算，此時廠房尾水位為1873.65m，扣除此流量下的水頭損失0.25m，則最大水頭取56.55m。

6.最小水頭

武水電站最小水頭按能發(fā)電的最大流量滿發(fā)工況計算，水庫蓄水位1909.79m，此時尾水位為1873.65m，扣除壓力管道、機組及流道、尾水系統(tǒng)總計水頭損失1.21m，則水電站最小水頭為34.93m。

7.加權(quán)平均水頭

對水庫2015年的水庫位過程及水廠引水流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，經(jīng)計算，水電站加權(quán)平均水頭為52.5m。

四、裝機容量、額定水頭及機組臺數(shù)

（一）裝機容量

1.方案擬定

武川水廠水能利用改造工程開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，水廠2015取水加權(quán)平均流量為0.712m3/s，根據(jù)省內(nèi)已建同類型、同規(guī)模電站和取水過特點及城市發(fā)展會及取水量的增加，選擇0.1 m3/s為一個流量梯度，初步擬定0.9 m3/s、 1.0m3/s、1.1 m3/s三個流量方案。 方案一： Q=0.9 m3/s

方案二： Q=1.0 m3/s

方案三： Q=1.1 m3/s

三方案性質(zhì)上屬互斥方案，不同方案其工程規(guī)模不同，采用方案間差額邊際效益指標（靜態(tài)）進行比選，各方案具體特性指標見表1。

三個方案相比，引水流量越大，發(fā)電量增加值越小，水力資源開發(fā)程度越小，差額靜態(tài)抵償年限越長?？紤]到該電站為自來水廠引水管線上的電站，水廠要求供水證率高。加之城市的發(fā)展需水量也不斷增加，需滿足城市發(fā)展后的供水要求，故二方案較優(yōu)。推薦的引水流量Q=1.0m3/s。

2.機組臺數(shù)

根據(jù)本電站的設(shè)計流量，最終選定兩臺裝機215kW的機組。

五、結(jié)束語

武川水廠水能利用改造工程主要開發(fā)任務(wù)是利用現(xiàn)有水廠輸水線路水頭發(fā)電。在滿足水廠取水要求的前提下發(fā)電，電調(diào)服從水調(diào)。

武川水廠水能利用改造工程水庫蓄水位1930.45～1909.79m，設(shè)計尾水位1873.65，裝機容量430kW，最大水頭56.55m，最小水頭34.93m，設(shè)計水頭53m，機組臺數(shù)2臺，單機額定流量0.5m3/s，經(jīng)計算，加權(quán)平均水頭52.5m，電站保證出力400kW，多年平均電量為290萬kW·h，年利用小時數(shù)6640h。

（作者單位：甘肅弘大工程咨詢有限責任公司）