叢麗君，司井丹，李濱江

(黑龍江省水文局，哈爾濱150001)

1 項目概況

1.1 取水規(guī)模、取水水源

黑龍江亞電鑫寶熱電有限公司(原富拉爾基熱電廠)位于富拉爾基區(qū)，總裝機容量225 MW，共9臺25 MW發(fā)電供熱機組，是我國“一五”期間由原蘇聯(lián)援建的156項重點工程之一。隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整及節(jié)能降耗的總體要求，加之地方經(jīng)濟的快速發(fā)展，電廠現(xiàn)有機組的容量和能力已無法滿足供熱市場的需求，按照國家最新出臺的“上大壓小”優(yōu)惠政策，公司決定建設(shè)大容量、低能耗、清潔環(huán)保的新型供熱機組，以滿足企業(yè)的發(fā)展和本地不斷增長的供暖和用熱需求。擬計劃先期建設(shè)1×300 MW供熱機組，代替亞電鑫寶熱電廠1#～6#供熱機組。

亞電鑫寶熱電廠1×300 MW供熱機組改擴建工程，取水水源為嫩江地表水和富拉爾基區(qū)自來水公司水廠水。設(shè)計年取水量為347.7×104m3;以富拉爾基區(qū)自來水公司水廠水作為生活水源，設(shè)計年取水量4.8×104m3。設(shè)計供水保證率97%。本次僅對工業(yè)用水進行分析。

嫩江干流地表水取水口位于富拉爾基第二發(fā)電廠取水口上游約1 km處，富拉爾基水文站下游6 km處，原黑龍江亞電鑫寶熱電有限公司取水口位置，取水口距電廠廠區(qū)1.0 km。最大取水量為753.2 m3/h，最大取 水 流量0.21 m3/s。

1.2 流域水資源狀況

嫩江發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山中段南側(cè)，正源稱南翁河(又稱南北河)，河源海拔高程1 030 m，由西北向東南至十二站林場南約1 km處與二根河匯合后稱嫩江。嫩江干流由北向南流經(jīng)嫩江、莫力達瓦旗、訥河、富裕、甘南、齊齊哈爾、龍江、泰來、杜爾伯特蒙古族自治縣、大安、肇源等市、縣、旗，在吉林省扶余縣三岔河，從左岸匯入松花江。

嫩江干流按地形、地勢、河谷等特征分為上、中、下三段，其中在嫩江縣以上為上游段，屬于山區(qū)，流經(jīng)長度661 km;嫩江縣到莫力達瓦旗為中游段，逐漸由山區(qū)轉(zhuǎn)向丘陵，流經(jīng)長度122 km;莫力達瓦旗至三岔河口為下游段，齊齊哈爾市以下逐漸進入平原區(qū)，南至松花江干流，形成廣闊的松嫩平原。本區(qū)域位于嫩江下游段。區(qū)域內(nèi)地形地貌由丘陵區(qū)過渡到廣闊的松嫩平原，河流蜿蜒曲折，河道平緩，河灘寬闊，最寬達10 km以上，灘內(nèi)分布有沙洲、汊河。

嫩江干流富拉爾基水文站以上有2005年建成并運行的尼爾基大型水利樞紐工程，樞紐壩址以上控制流域面積6.78×104km2，占嫩江流域總面積的24.3%。水庫總庫容86.11×108m3，其中防洪庫容23.68×108m3，興利庫容59.68×108m3，電站共裝機4臺，總裝機容量為250 MW。該工程是國家實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略標(biāo)志性工程之一，具有防洪、工農(nóng)業(yè)供水、發(fā)電、航運、環(huán)境保護、育葦養(yǎng)殖等綜合效益，是嫩江流域水資源開發(fā)利用、防治水旱災(zāi)害的控制性工程。齊齊哈爾市為嫩江的沿江城市，沿江建有為城市工業(yè)和生活供水的瀏園水廠取水泵站、齊齊哈爾造紙有限公司、黑龍江亞電鑫源寶熱電有限公司、富拉爾基發(fā)電廠、黑龍江黑化集團有限公司、北鋼集團有限公司等大型取水泵站。另外，在齊齊哈爾市區(qū)嫩江干流有已經(jīng)修建運行的齊齊哈爾市橡膠壩工程。

本次分析區(qū)域為尼爾基至江橋區(qū)間。尼爾基至江橋區(qū)間總面積99 678 km2，其中平原區(qū)面積23 864 km2，包括8個水資源四級分區(qū)，分別為訥謨爾河、諾敏河、尼爾基至塔哈區(qū)間、阿倫河、音河、雅魯河、綽爾河和塔哈至江橋區(qū)間。各區(qū)水資源量見表1。

陳頤磊轉(zhuǎn)身對隨行的副官指點著大成殿東西兩側(cè)說：即刻起，除大成殿外，孔廟征為軍用，除部分殿房辟為野戰(zhàn)醫(yī)院外，全城搜集棺木，集中以備殮我陣亡將士。

表1 分析區(qū)水資源量成果表

1.3 齊齊哈爾市水資源狀況

齊齊哈爾市區(qū)多年平均降水深418.8 mm，折合水量為16.79×108m3，多年平均地表徑流深41.4 mm，徑流總量1.78×108m3。

齊齊哈爾市地下水多年平均總補給量5.79×108m3，多年平均可開采量4.98×108m3。

1.4 水資源開發(fā)利用狀況

區(qū)域內(nèi)水資源開發(fā)利用主要是嫩江過境水的開發(fā)利用。尼爾基水庫至江橋嫩江干流區(qū)間，主要有北引、中引和齊齊哈爾市市政和企業(yè)自備沿江水源。

分析區(qū)現(xiàn)狀供水總量為42.62×108m3。其中地表水源工程供水量29.90×108m3，占供水總量的70.1%，地下水源工程供水量12.72×108m3，占供水總量的29.9%。

分析區(qū)現(xiàn)狀總用水量為42.62×108m3。各行業(yè)用水量為:工業(yè)用水量9.58×108m3;城鎮(zhèn)居民生活用水量1.34×108m3;農(nóng)村生活用水量全部為地下水，用水量1.02×108m3;農(nóng)田灌溉用水量29.59×108m3;林牧漁葦業(yè)用水量1.09×108m3。

現(xiàn)狀年分析區(qū)用水消耗量為18.96×108m3，綜合耗水率為44.48%，其中農(nóng)業(yè)耗水量最大為15.39×108m3，占耗水總量的 81.2%;工業(yè)耗水量1.19×108m3，占耗水總量的6.3%;林牧漁業(yè)耗水量0.95×108m3，占耗水總量的5.0%;城鎮(zhèn)生活耗水量0.43×108m3，占耗水總量的2.3%;農(nóng)村生活耗水量0.99×108m3，占耗水總量的5.2%。

分析區(qū)地表水資源開發(fā)利用率為26.6%，地下水資源開采率為53.3%，水資源利用消耗率為12.7。齊齊哈爾市地表水資源開發(fā)利用率4.6%，地下水資源開采率為57.1%，水資源利用消耗率5.0%。

2 依據(jù)的資料和方法

2.1 資料可靠性分析

齊齊哈爾水文站位于齊齊哈爾市區(qū)附近的齊甘公路橋下游1 700 m處，控制流域面積120 014 km2。該站于1951年設(shè)立，1956年改為基本水位站，1961年改為汛期專用水位站，只測汛期水位，1982年又改為水位站，全年觀測水位，1989年加測降水、蒸發(fā)和水溫，2002年加測流量，改為水文站。該站具有1951～1956年的水位和流量資料，1961～1981年汛期水位資料，1956～1960年及1982年以來較為完整的水位資料。鑒于本站流量資料系列短，水位資料也不夠完整，不宜作為設(shè)計代表站。

富拉爾基水文站測流斷面解放前后均位于鐵橋下游100～400 m，主槽寬度約為500 m，復(fù)式斷面。河床主要由細(xì)砂組成，右岸較陡，左岸低平，斷面控制條件好，斷面歷年沖淤變化不大，水位流量關(guān)系基本穩(wěn)定，歷年水位變幅相對較小，整編成果可靠。

富拉爾基水文站是松花江流域規(guī)劃和尼爾基水庫設(shè)計的主要設(shè)計代表站，其水文基本資料和測站沿革歷經(jīng)多次審查，認(rèn)為水位流量測次分布合理，觀測方法正確，符合規(guī)范要求，該站距取水口6 km，區(qū)間無較大支流加入，可以作為本次的主要設(shè)計代表站。

2.2 系列代表性分析

水利部東北勘測設(shè)計研究院2001年編制的《尼爾基水利樞紐初步設(shè)計報告》中，采用徑流相關(guān)關(guān)系和綜合H～Q曲線等多種方法進行相關(guān)分析，將富拉爾基站年徑流資料插補延長到1898年，同時對用水量進行還原計算，推算出1898～1998年共101 a天然年徑流系列，本次增加了1999年和2000年實測還原資料，將系列延長到103 a。

2.2.1 豐枯水特性分析

富拉爾基水文站1898～2000年共103 a長系列中存在兩個完整豐枯水周期。其中1898～1927年連續(xù)30 a、1974～1982年連續(xù)9 a為枯水年組，合計39 a;1928～1934年連續(xù)7 a、1951～1963年連續(xù)13 a、1983～2000年連續(xù)18 a為豐水年組，合計38 a;1935～1950年連續(xù)16 a、1964～1973年連續(xù)10 a為平水年組或平水偏枯年組。豐枯水年大致相同。富拉爾基水文站年徑流模比系數(shù)差積曲線詳見圖1。各年組平均值與多年平均值比較詳見表2。

表2 富拉爾基站年徑流豐枯水周期參數(shù)對比表

圖1 富拉爾基水文站徑流差積曲線圖

上述分析可以看出，嫩江干流年徑流量具有連豐連枯、豐枯交替、枯水段持續(xù)時間較長和豐枯水變幅較大等特點。1956～2000年45 a系列包含了一個完整的豐平枯周期，其中豐水年26 a，平水年10 a，枯水年9 a。

2.2.2 不同系列段參數(shù)分析

將富拉爾基站1898～2000年共103 a長系列年徑流劃分為各種時段，計算統(tǒng)計參數(shù)，見表3。

由表可以看出，與長系列103 a均值接近的代表段有1928～1982年55 a系列、1935～1982年48 a系列和1951～1982年32 a系列，1935年和1928年開始的48 a和55 a系列，從均值上看雖然接近長系列，但由于其系列大部分為建國前資料，不但流域內(nèi)同步性差，而且大多數(shù)為插補延長資料，精度較低;1956～2000年45 a系列，雖然1983年以來嫩江流域進入了豐水期，但45 a系列為實測系列，資料精度高，面上同步性強。全國水資源綜合規(guī)劃確定1951～1982年45 a徑流系列具有較好的代表性，可以作為規(guī)劃設(shè)計代表時段。因此選用1956～2000年45 a系列做為年徑流計算代表時段。

表3 富拉爾基站各系列段徑流參數(shù)分析表

2.2.3 系列代表性分析結(jié)論

松花江流域規(guī)劃和尼爾基水庫初步設(shè)計階段通過插補延長和用水量還原計算，推求的富拉爾基站103 a天然年徑流系列，經(jīng)可靠性、一致性審查和系列代表性分析，全國水資源綜合規(guī)劃最終推薦1956～2000年45 a資料系列作為年徑流設(shè)計采用系列。富拉爾基水文站是國家基本水文站，45 a系列全部為實測資料，流量過程齊全，資料精度可靠，包括了較完整的豐、平、枯水周期，代表性較好，可以作為黑龍江亞電鑫寶熱電有限公司“上大壓小”改擴建工程設(shè)計代表站。

3 來水量分析

3.1 現(xiàn)狀來水量分析

3.1.1 設(shè)計站年徑流和最小流量

根據(jù)富拉爾基水文站1956～2000年45 a徑流資料，統(tǒng)計各年平均流量和年最小流量。對年平均流量系列和年最小流量進行頻率計算，采用矩法初估統(tǒng)計參數(shù)，按P－Ⅲ型理論曲線適線，確定均值和Cv值，Cs按我省分析可取Cs=2.0Cv。設(shè)計成果見表4。

3.1.2 年內(nèi)分配

本項目熱電聯(lián)產(chǎn)改擴建工程供熱和發(fā)電用水保證率按P =97%設(shè)計。綜合考慮電廠用水保證率和富拉爾基站設(shè)計年來水量，可選擇與富拉爾基站年徑流相近且冬季用水高峰來水量較小的1975年作為P=97%的設(shè)計典型年。保證率P=97%的設(shè)計年平均流量179 m3/s，按典型年的年內(nèi)分配比計算設(shè)計年徑流的年內(nèi)分配，成果詳見表5。

表4 富拉爾基水文站年徑流成果表 m3/s

表5 富拉爾基站設(shè)計年徑流年內(nèi)分配成果表m3/s

3.1.3 取水口斷面天然來水量

黑龍江亞電鑫寶“上大壓小”改擴建工程取水口位于富拉爾基水文站下游6 km處，富拉爾基水文站以上流域控制面積123 911 km2，占取水口控制流域面積123 988 km2的99.9%，且區(qū)間沒有較大支流匯入，取水量和排水量不大，因此可以采用富拉爾基站的來水量作為取水口斷面的來水量。

根據(jù)富拉爾基水文站45 a徑流系列分析，取水口斷面多年平均天然來水量為183.2×108m3，保證率P=97%枯水年來水量分別為56.5×108m3;年最小平均流量21.4 m3/s，保證率P=97%年最小流量為10.8 m3/s。

3.2 取水口位置合理性分析

根據(jù)建設(shè)項目提出的取水方案，嫩江地表水取水口仍采用原黑龍江亞電鑫寶熱電有限公司取水口位置，此取水口距下游富拉爾基第二發(fā)電廠取水口約1 km，距上游富拉爾基水文站約6 km，取水口緊鄰防洪大堤，利于工程防洪和運行。取水口至下游富拉爾基第二發(fā)電廠取水口有砌石護岸，河岸穩(wěn)定，不會發(fā)生河岸沖刷和崩岸塌岸現(xiàn)象。根據(jù)《松花江流域防洪規(guī)劃》，齊齊哈爾市近期防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇洪水。城市洪水標(biāo)準(zhǔn)由堤防和尼爾基水庫共同承擔(dān)，城市堤防近期按50 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)消險加固，尼爾基水庫建成后，防洪標(biāo)準(zhǔn)由50 a一遇提高到100 a一遇。齊齊哈爾市城市防洪工程直接采用富拉爾基站設(shè)計洪水成果，50 a一遇洪峰流量為12 000 m3/s，1000 a一遇洪峰流量為22 500 m3/s。取水口位于嫩Cs36、嫩Cs37二斷面之間，按設(shè)計水面線(擴孔)推求，50 a一遇洪水水位為148.19 m，20 a一遇的洪水位為147.70 m。城區(qū)河段受兩座橋和防洪堤壩控制，河灘低洼寬闊，行洪區(qū)寬度約6～7 km。

本工程取水口已經(jīng)建成運行50多年，能夠達到設(shè)計取水能力，說明該江段的取水條件是比較理想和穩(wěn)定的。通過現(xiàn)場察勘，取水泵站上、下游200 m范圍內(nèi)已經(jīng)采取塊石護岸工程，防止岸壁沖刷。1951年～1965年間，泵站上下游江段泥沙淤積、河道改變較大，電廠實施了“疏浚上游沙洲及在第四支流入口處筑壩堵截工程”。為保證水流的穩(wěn)定，取水口對岸修筑了4道石籠鎖壩，使水流沖向右岸。電廠有大型清淤船定期清除泵站處的淤積泥沙，保證取水順暢，取水口江段目前較為穩(wěn)定，取水條件較好。據(jù)富拉爾基水文站調(diào)查了解，嫩江尼爾基水庫建成后對富拉爾基江段泥沙及河道斷面影響較小，經(jīng)對富拉爾基水文站實測水文斷面對比，實測水文大斷面沖於變化不大。

3.3 取水可靠性與可行性分析

亞電鑫寶熱電廠原9×25 MW機組的取水流量為4.58 m3/s，小于取水江段保證率97%來水流量。該取水口已經(jīng)建成運行50多年，能夠達到設(shè)計要求的取水能力，本期“上大壓小”工程建成后，1×300 MW機組取水量加上原有的“3機4爐”只有0.48 m3/s，只占9×25 MW機組取水量的10.5%。

本工程年取用嫩江水量347.7×104m3，年平均取水流量0.18 m3/s，從取水口斷面分析可以看出，P=97%的設(shè)計年天然流量為179 m3/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工程用水量0.18 m3/s的要求。另外根據(jù)取水口斷面年最小平均流量分析，P=97%設(shè)計年最小流量10.8 m3/s，本期電廠取水流量為0.18 m3/s，因此枯水期來水量滿足亞電鑫寶“上大壓小”改擴建項目取水流量0.18 m3/s的設(shè)計用水要求。

4 結(jié)語

本文根據(jù)《黑龍江亞電鑫寶熱電有限公司“上大壓小”改擴建工程水資源論證報告》，對該建設(shè)項目取水可行性及可靠性，采用水文分析方法對電廠取水口斷面設(shè)計來水量進行了分析，成果具有較高精度，可供其他相關(guān)項目論證取水可行性及可靠性借鑒。

［1］ 黑龍江省水文局.黑龍江亞電鑫寶熱電有限公司“上大壓小”改擴建工程水資源論證報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水文局，2009.