李正原

（中國水電顧問集團(tuán)北京勘測設(shè)計研究院，北京 100024）

0 引言

牛欄江位于云南省滇東北地區(qū)，是金沙江右岸一條較大的一級支流，發(fā)源于云南省昆明市嵩明縣楊林鎮(zhèn)，流向大體為由南向北。流經(jīng)云南省的嵩明縣、馬龍縣、尋甸縣、沾益縣、宣威市、會澤縣、魯?shù)榭h和巧家縣昭陽區(qū)等9個縣、市、區(qū)和貴州省威寧縣，在昭通市的麻耗村附近匯入金沙江。流域呈南北向狹長形。牛欄江水量大、水質(zhì)良好、水能豐富。上游段地形寬闊，人口密集，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)，用水需求量大，并且是鄰近城市的重要水源地。下游段河谷深切，水流湍急，兩岸分水嶺高出水面約1 750～2 500 m，山坡陡峭，河段落差分段集中，耕地稀少，間有較為開闊的山坡臺地，多種植旱作物，沒有灌溉、供水、防洪等綜合利用要求，是較為理想的水電開發(fā)河段。

根據(jù)規(guī)劃報告，干流從黃梨樹至河口的下游段擬進(jìn)行兩庫十級開發(fā)。天花板水電站位于云南昭通市魯?shù)榭h，在流域中下游 “兩庫十級”的梯級開發(fā)方案中處于第7級。隨著上游地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及調(diào)水工程的逐步興建，下游水資源量將有明顯變化，分析規(guī)劃水平年的水資源變化情況，對電站開發(fā)具有重要意義。

1 工程概況及水資源利用情況

天花板水電站工程為三等中型工程，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。該電站屬于不完全季調(diào)節(jié)水庫，裝機(jī)180 MW，2臺機(jī)組，單機(jī)容量為90 MW，保證出力為41.7 MW，年利用小時數(shù)為4 649 h，年發(fā)電量為8.368億kW·h，靜態(tài)總投資為103 145萬元。電站位于落差比較集中的河段，開發(fā)任務(wù)單一，以發(fā)電為主。

1.1 項目取水方案

天花板水電站于施工期的第4年3月初導(dǎo)流洞下閘封堵，3月下旬水庫開始蓄水，蓄水起始水位不低于991 m，可直接蓄至1 050 m，需要蓄水量約3 000萬m3，蓄水時間約需要8～9.5 d，可以滿足第一臺機(jī)組月底投產(chǎn)運(yùn)行的要求。

在正常運(yùn)行期間，電站一臺機(jī)組發(fā)電流量為116.2 m3/s，所有機(jī)組滿發(fā)時引水流量為232.4 m3/s，多年平均年發(fā)電引用流量約為35.9億m3；但這部分水量僅是推動水輪機(jī)組發(fā)電，并不消耗水資源。

1.2 項目退水方案

天花板水電站的退水主要由施工期和運(yùn)行期兩部分組成：

（1）施工期生產(chǎn)廢水主要是砂石料加工系統(tǒng)廢水、混凝土系統(tǒng)廢水、灌漿廢水及基坑廢水。施工廢水經(jīng)處理后重復(fù)使用；排放到河道的主要為基坑廢水，經(jīng)處理后滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的基坑廢水可以就近排放到河道。生活污水在電站施工期以平均人數(shù)1 600人，高峰人數(shù)2 200人計。施工期生活用水總量為19.06萬m3，高峰用水量為183 m3/d。生活污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后，將用于農(nóng)林澆灌及施工區(qū)灑水降塵，均不入河排放。

（2）天花板水電站運(yùn)行期退水方案：進(jìn)水口→引水隧洞→調(diào)壓井及壓力管道→水輪發(fā)電機(jī)組→尾水→牛欄江干流。該水電站建成后，退水總量約等于取水總量。建設(shè)項目為水力發(fā)電，是潔凈能源，運(yùn)行期不產(chǎn)生生產(chǎn)廢水。電站投入運(yùn)行后，將有101個人的定員編制，污水量按120 L/（人·d）計，年生活污水排放總量約為0.442萬m3。生活污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后回用于辦公生活區(qū)的綠化澆灌，不排入河道。

2 項目所在區(qū)域的水資源狀況以及開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 流域水資源狀況

牛欄江流域面積為13 672 km2，干流全長440 km，總落差1 725 m，多年平均流量154 m3/s，多年平均徑流量48.6億m3。

天花板水電站壩址位于小河水文站上游，控制流域面積為12 711 km2，占小河站流域面積的96.8%。壩址多年平均流量約143 m3/s，多年平均徑流量約45.1億m3。徑流主要以大氣降水補(bǔ)給為主。流域的產(chǎn)水量從上游到下游隨降水量逐漸增大，流量年內(nèi)和年際分配都不均勻，來水主要集中在汛期內(nèi)，豐枯比為4倍。

2.2 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

牛欄江流域內(nèi)多年平均水資源總量449 786萬m3（云南省部分），人均水資源量為2 396 m3。其中，上游段水資源總量227 298萬m3，人均水資源量為2 244 m3；下游段水資源總量222 488萬m3，人均水資源量2 574 m3。流域內(nèi)水資源分布不均，山區(qū)人少、地少、水多，壩區(qū)人多、地多、水少。上游段開發(fā)利用程度為13.5% （嵩明大型灌區(qū)達(dá)到了55.5%），遠(yuǎn)高于云南省現(xiàn)狀6.4%的開發(fā)程度。整個牛欄江流域內(nèi)只有下游段的開發(fā)較少，低于全省平均水平。這是該地區(qū)沒有各縣的主要經(jīng)濟(jì)區(qū)，地形上是山高坡陡的高山峽谷區(qū)，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)普遍落后的真實反映。

牛欄江流域內(nèi)現(xiàn)有水庫工程1 001處。其中，中型水庫7座，小 （一）型水庫58座，小 （二）型水庫及壩塘936處，95%的已建水庫工程都集中在上游。根據(jù)牛欄江流域及相關(guān)地區(qū)各地的水資源情況、建庫條件，結(jié)合需水預(yù)測，以現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用狀況為基礎(chǔ)，以當(dāng)?shù)厮Y源可利用量為控制上限，并考慮各水源點供水對象對水質(zhì)的要求，經(jīng)規(guī)劃牛欄江流域擬新建、擴(kuò)建中型以上水庫5座，分別為蘇斗河、阿浪、罩子河水庫和下官山水庫。

牛欄江水資源綜合利用規(guī)劃除要滿足本流域各部門用水要求外，為支持曲靖、宣威以及昆明地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，緩解當(dāng)?shù)氐挠盟?，還要向這三地調(diào)水。

2008年12月，云南省人民政府批準(zhǔn)了云南省水利水電勘測設(shè)計研究院編制的 《牛欄江流域 （云南省部分）水資源綜合利用規(guī)劃修編報告》，水電開發(fā)仍采用原規(guī)劃報告中牛欄江干流段黃梨樹以下“兩庫十級”的梯級開發(fā)方案。

天花板水電站是牛欄江中下游梯級開發(fā)規(guī)劃的第7級，是牛欄江下游梯級中開發(fā)條件較好的一個梯級。

2.3 水質(zhì)現(xiàn)狀

水質(zhì)現(xiàn)狀評價結(jié)果顯示，天花板水電站壩址斷面和天花板水電站庫尾斷面的水質(zhì)均不能滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。其所反映的指標(biāo)主要為總磷和總氮超標(biāo)，溶解氧低于標(biāo)準(zhǔn)值。另外，飲用水指標(biāo)中的總錳超標(biāo)。

3 區(qū)域水資源開發(fā)利用存在的主要問題

（1）水資源開發(fā)利用的地區(qū)差異性。水資源利用不均衡，山區(qū)用水少的地方人均占有水資源量大，壩區(qū)需要大量用水的地方人均占有水資源量卻相對較低。

（2）工程性缺水和資源性缺水共存，主要經(jīng)濟(jì)區(qū)以資源性缺水為主。目前，流域內(nèi)的中型及以上水庫主要集中在七星橋以上流域，缺乏調(diào)度和調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的水庫，也未形成梯級聯(lián)動開發(fā)，水資源開發(fā)利用程度較低。缺水程度與各地的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、供水組成、用水水平、水資源開發(fā)程度等有關(guān)，經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的南盤江曲靖壩區(qū)、牛欄江源頭段的嵩明壩兩個片區(qū)，水源工程是以中小型水庫和塘壩為主，調(diào)節(jié)控制徑流的能力強(qiáng)，水資源開發(fā)程度高，為資源性缺水。其余的牛欄江下段還是以引水供水為主，開發(fā)程度低，水資源有待進(jìn)一步開發(fā)利用，為工程性缺水區(qū)域。

（3）主要經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源開發(fā)程度超限。牛欄江源頭段的嵩明壩、滇池流域和南盤江曲陸壩區(qū)三片的開發(fā)程度超過了合理上限，并隨之產(chǎn)生了部分水環(huán)境惡化，其余牛欄江下游段的開發(fā)程度在7%～8%左右，水資源開發(fā)的潛力和余地較大。滇池流域、南盤江曲陸壩區(qū)及牛欄江上段昆明境內(nèi)等地區(qū)的缺水形勢將會在未來逐漸加劇，資源性缺水只能依靠外流域調(diào)水工程解決。

（4）主要河流湖泊水質(zhì)惡化。區(qū)域內(nèi)水質(zhì)狀況不容樂觀，上游區(qū)開發(fā)利用程度高，廢污水未達(dá)標(biāo)排放、排放總量逐漸增大，導(dǎo)致水環(huán)境狀況惡化。根據(jù)2005年的 《云南省水資源公報》，牛欄江流域及相關(guān)地區(qū)內(nèi)的主要河流盤龍江的溶解氧、氨氮、BOD5含量達(dá)到Ⅴ類或劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 來水量分析

天花板水電站上游有在建的洪石巖水電站，該水電站規(guī)模較小，庫容不大，為徑流式電站，對徑流時空分配基本無影響。上游規(guī)劃梯級象鼻嶺水電站正常蓄水位1 405 m，調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，為年調(diào)節(jié)水庫，總庫容2.75億m3。規(guī)劃水平年來水量，將考慮象鼻嶺水電站的調(diào)蓄影響。

（1）現(xiàn)狀水平年來水量分析。天花板水電站位于小河水文站上游，控制流域面積為12 711 km2，比小河站流域面積小419 km2，占電站流域面積的3.2%?？梢詫⑿『诱驹O(shè)計年徑流成果按面積比轉(zhuǎn)換到電站壩址處。該電站各典型年的徑流年內(nèi)分配見表1。在最枯期的2月，保證率P=90%的流量為44.2 m3/s，月來水總量為13.9億m3。電站在汛期水量豐沛時，機(jī)組可以滿負(fù)荷發(fā)電；在枯期時，電站將根據(jù)電網(wǎng)情況和來水量情況進(jìn)行調(diào)度和發(fā)電?？傮w說來，天花板水電站的來水量較為豐富，電站正常生產(chǎn)和運(yùn)行的水量可以得到保證。

（2）規(guī)劃水平年來水量分析。根據(jù)牛欄江流域的水資源開發(fā)規(guī)劃，牛欄江將承擔(dān)向曲靖、宣威以及昆明滇池調(diào)水的任務(wù)。大部分調(diào)水工程將于2020年完成，部分工程于2030年完成。上游調(diào)水后將使下游梯級電站發(fā)電水量減少：2020水平年調(diào)水量約為9.92億m3，壩址水量減少約22%?？紤]上游象鼻嶺等水庫調(diào)蓄和調(diào)水影響后，各典型年的徑流年內(nèi)分配見表1。

表1 天花板電站典型年徑流年內(nèi)分配 m3/s

5 用水量及可供水量分析

5.1 電站現(xiàn)狀水平年用水量

牛欄江流域在七星橋以上，有農(nóng)業(yè)灌溉和水庫蓄水等人類活動影響，用水以城鎮(zhèn)生活及農(nóng)業(yè)灌溉等河道外用水為主；七星橋以下流域僅少量的農(nóng)業(yè)灌溉和農(nóng)村生活用水都是分散自備水源解決，水資源開發(fā)主要是河道內(nèi)的水力發(fā)電。因此主要考慮七星橋以上的人類活動情況，七星橋水文站年還原水量在3 000萬～13 000萬m3之間，豐水年還原水量小，枯水年還原水量大，還原量的大小與河流情勢相符合。但由于牛欄江流域引用水量主要是農(nóng)業(yè)灌溉，因此灌溉用水回歸后至下游小河站還原后的多年平均流量為148 m3/s、年來水量為46.7億m3，與實測多年平均流量145 m3/s、年來水量45.7億m3相差不大 （約2%左右）。所以，天花板水電站現(xiàn)狀水平年在進(jìn)行水資源配置計算中，不考慮水量的還原，采用實測成果計算。

根據(jù)依據(jù)水文站計算的壩址豐、平、枯各典型年徑流過程，經(jīng)徑流調(diào)節(jié)計算，得到天花板水電站現(xiàn)狀水平年各典型年水資源配置見表2。

5.2 流域規(guī)劃水平年用水量

（1）社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況預(yù)測。牛欄江流域2005年總?cè)丝?87.7萬人，城鎮(zhèn)人口20.9萬人，城鎮(zhèn)化率11.1%；預(yù)測2020年流域內(nèi)總?cè)丝?69.3萬人，其中城鎮(zhèn)人口126.4萬人，城鎮(zhèn)化率46.9%。該流域2005年GDP總量65.1億元，預(yù)測2020年GDP總量為286.5億元，年均遞增10.4%。流域現(xiàn)狀耕地面積27.273萬hm2，占全省耕地面積的4.8%。人均占有耕地0.156 hm2，比全省平均水平高0.02 hm2。根據(jù)流域內(nèi)各縣土地利用總體規(guī)劃，預(yù)測2020年流域耕地凈減少量為1.24萬hm2，則2020年流域內(nèi)總耕地面積為27.37萬hm2。

（2）需水量預(yù)測。分生活 （城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活）、生產(chǎn) （農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)）、生態(tài) （城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境）用水對牛欄江流域進(jìn)行需水量預(yù)測，昆明航空城按總體規(guī)模計算需水量。分析結(jié)果：2005年牛欄江流域多年平均需水量為73 342萬m3，2020年需水量為97 914萬m3，增加了24 572萬m3，到2030年需水量為104 624萬m3，又增加了6 710萬m3。由此可看出，增加的幅度不大，并且增加的用水量也主要用于農(nóng)業(yè)灌溉，考慮灌溉用水回歸后至下游小河站的還原水量也較小。因此，天花板水電站規(guī)劃水平年水資源配置計算中不考慮引用水量增加的這部分。

表2 天花板水電站各典型年發(fā)電用水過程及棄水線m3/s

5.3 電站規(guī)劃水平年用水量

天花板水電站的主要任務(wù)就是發(fā)電，無工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)灌溉等其他任務(wù)。到了2020規(guī)劃水平年，由于上游調(diào)水工程的興建，牛欄江流域水量比現(xiàn)狀減少約9.92億m3，壩址水量減少約22%。在考慮上游象鼻嶺等水庫調(diào)蓄和調(diào)水影響后，2020年涼風(fēng)臺電站水資源配置見表3。

5.4 可供水量分析

在牛欄江七星橋以上流域，有農(nóng)業(yè)灌溉和水庫蓄水等人類活動影響，用水以城鎮(zhèn)生活及農(nóng)業(yè)灌溉等河道外用水為主?？紤]七星橋以上的人類活動情況，七星橋水文站年還原水量在3 000萬～13 000萬m3，豐水年還原水量小，枯水年還原水量大。小河站還原后的多年平均流量為148 m3/s，年來水量為46.7億m3，與實測多年平均流量145 m3/s，年來水量45.7億m3相差不大。

天花板水電站為季調(diào)節(jié)水庫，運(yùn)行過程中蒸發(fā)、滲漏損失較小，基本無水資源消耗。水電站僅對季內(nèi)來水過程進(jìn)行重新分配，將水能轉(zhuǎn)化為電能，不存在耗水。因此電站實際來水量即為項目的可用水量。

表3 涼風(fēng)臺水電站各典型年發(fā)電用水過程及棄水線 m3/s

6 結(jié)語

牛欄江域現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用程度7.0%，到了2020年規(guī)劃水平年，由于上游調(diào)水工程的興建，牛欄江流域約減少9.92億m3的水量。隨著上游水資源開發(fā)利用程度的提高，在2020年以前調(diào)水對下游梯級電站的影響較小，到2030年影響逐漸加大；直至電站運(yùn)行后期，總體影響不大。

經(jīng)初步測算，牛欄江上游調(diào)水后，天花板水電站2020水平年的多年平均發(fā)電量為7.627億kW·h（聯(lián)調(diào)），減少8.05%； 2030水平年的多年平均發(fā)電量為6.443億kW·h（聯(lián)調(diào)），減少22.33%。

天花板水電站工程建設(shè)符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和當(dāng)?shù)氐乃Y源配置要求。水電站是一種無水資源消耗的清潔能源，工程的興建對下游用水戶基本沒有影響。從該地區(qū)水資源方面分析，在取水和退水環(huán)節(jié)均不會對周圍產(chǎn)生大的不利影響。建設(shè)期和運(yùn)行期應(yīng)加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測及生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，嚴(yán)格執(zhí)行 《云南省水功能區(qū)劃》，加強(qiáng)對水功能區(qū)的管理工作，使得環(huán)境保護(hù)措施得以實施，保護(hù)水資源質(zhì)量。