水能资源是一种清洁可再生绿色能源，科学开发利用水能资源，对节能减排，促进生态文明建设具有十分重要的意义。 国家“十二五”规划纲要提出，到 2015年我国非化石能源占一次能源消费的比重要从 2010年的 8.3%提高到 11.4%，单位国内生产总值 CO2排放在 2010 年基础上降低 17％， 这对发展可再生能源提供了新的机遇。 水能资源作为可再生能源中重要的一支，其电能质量明显优于风能、太阳能等同类能源。 合理开展水能资源增效扩容改造， 不仅可以优化利用水能资源，提高水量利用率，更对促进能源结构调整和节能减排具有重要的作用。
文章结合株洲航电枢纽工程鱼道建设， 在分析电站建成后的径流和水位流量关系的基础上， 初步论证电站增效扩容改造工程的可行性。
1 电站基本情况
株洲航电枢纽位于湖南省株洲市境内湘江干流的空洲滩，距离株洲市区 24km，是一个以航运为主，航电结合，并兼有交通、灌溉、供水与养殖等综合利用要求的工程。 该工程为湘江干流开发中的第八个梯级，下游为在建的长沙枢纽工程（正常蓄水位29.7 m）。
株洲航电枢纽主要由大坝、船闸、电站、坝顶公路桥四部分组成。 大坝由右汊 13 孔泄水闸，左汊 11孔泄水闸和空洲副坝（210 m 土坝）组成，全长约 764m。船闸布置在枢纽右汊右岸阶地，正常蓄水位 40.5m，设计水头 10.8 m，年通过能力 1 260 万 t。 电站布置在左汊左岸河床，电站装机规模 140 MW，设计年发电量 6.636 亿 kW·h。 株洲航电枢纽 2005 年 3 月电站第 1 台机组并网发电，2006 年 12 月整个枢纽工程完工投产。
2 电站运行后水文情势分析
2.1 径 流
2005 年完成的株航初设报告坝址逐日径流系列为 1952～1998 年，坝址径流考虑了东江水库调节影响，按东调Ⅲ方案（东江水电站 2010 年运行方案）计算，坝址多年平均流量为 1 720 m3/s。
本次将径流系列延长至 2010 年，1999～2010 年东江水库下泄流量按实际运行调度考虑， 株航坝址径流由衡山水文站径流加衡山站～株航区间径流求得，衡山～株航区间径流由衡山～大西滩～董背冲～株洲站区间径流按面积比推求。 本次延长系列后的株航坝址 1952～2010 年多年平均流量为 1 715 m3/s。 枢纽建成前后径流成果见表 1。 建库后多年平均径流量与建库前相比变化较小，两者之间差异为 0.2%，建库后逐月多年平均径流量与建库前的差异在-4.2%~7.0%之间，差异同样比较小。
2.2 电站运行下游水位
株洲航电枢纽建成发电后 2006～2011 年逐时坝下水位及出库流量关系（出库流量经与下游的株洲水文站对比，结果基本合理）见图 1。 从图可知，株航建成后的 2006 年（2005 年株航第 1 台机组并网发电）下游水位较原天然线降低约 0.25 m，2007～2011 年水位降幅较大，较原天然线降低（0.8～1.2）m。株航坝下现状 Z～Q 关系见附图。
经初步分析， 造成水位流量关系变化的主要原因是下游河道疏挖及水流冲刷所致。 2006 年之后，下游河势基本稳定，2007～2011 年之间的水位流量关系无明显差别。
3 电能指标复核
3.1 计算参数及方法
出力系数：采用初步设计成果，取 8.6。
水头损失：采用初步设计成果，取 0.30。
上游用水：采用初步设计成果，扣除枢纽船闸用水和其他综合用水共 31.5 m3/s。
调度原则：
（1） 当 株洲坝址全断面流量小于等于 2 390m3/s 时，流量全部通过左叉流向下游，即Q左＝Q全，当株洲坝址全断面流量大于 2 390 m3/s 时， 左叉只通过 2 390 m3/s，其余流量通过右叉流向下游，即 Q左＝2 390 m3/s。
（2） 株洲航电枢纽具有日调节性能，电站在运行过程中，库水位在正常蓄水位 40.5 m（85 高程系统）和死水位 38.8 m 之间变化。
下游长沙枢纽有关参数：株洲航电枢纽下游即将建成的长沙枢纽正常蓄水位为 29.8 m（85 高程系统），水库在运行过程中不消落。
3.2 电能复核成果
根据上述径流、水位流量关系和电能计算边界条件等基本资料进行电能计算，得到株洲航电枢纽电能复核结果见表 2。
从表 2 可知：
（1） 由于河道断面疏挖及冲刷，以及三峡建成后， 株洲航电枢纽现状情况下的水位流量关系与原设计的天然水位流量关系（未考虑洞庭湖顶托影响）降低约（0.8～1.2）m，经重新复核电能后，现状条件下的加权平均水头较原设计时抬高了 1.28 m，多年平均发电量增加了 1.023 亿 kW·h，提高了 15.4%。
（2） 考虑长沙枢纽建成后的顶托影响，株洲航电枢纽多年平均发电量较原设计可增加 0.883 亿kW·h。
（3） 参照初步设计时洞庭湖水位对株洲航电枢纽尾水的顶托影响， 考虑长沙枢纽建设和洞庭湖水位的共同作用后， 株洲航电枢纽多年平均发电量较原设计增加约 0.646 亿 kW·h。
（4） 根据上述分析结果，从增加电站发电效益角度出发，株洲航电枢纽具备了扩机的有利条件。
4 扩机初步分析
根据电能复核成果，本分析初步按增加 1 台 28MW 机组进行计算， 株洲航电枢纽扩机的电能指标见表 3。 从表 3 可以看出：增加 1 台 28 MW 机组时，年发电量为 7.771 亿 kW·h， 较原设计增加发电量1.135 亿 kW·h，年利用小时 4 626 h，与原设计年利用小时 4 740 h 接近。
5 结论与建议
由于河道断面疏挖及冲刷影响， 以及三峡水库建成后洞庭湖水位对湘江干流下游电站的顶托影响减少， 使株洲航电枢纽原设计水位流量关系发生变化，从电能复核结果看，株洲航电枢纽具备了扩机的有利条件。 本阶段暂按扩 1 台 28 MW 机组进行分析，扩机后，年发电量较扩机前增加约 0.488 亿 kW·h，装机利用小时 4 626 h。
下一阶段应结合鱼道建设进一步分析株洲航电枢纽上下游水文形势变化， 特别是对水位流量关系进行实测验证和三峡水库建成后对洞庭湖水位的影响进行分析， 研究论证鱼道结合电站扩机的经济性和必要性以及扩机规模。
