朱靜,何錦峰,劉元帥,代蔭,王海燕,候俊麗

(1.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院,重慶 400074;2.重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院,重慶 400020;3.重慶市科學(xué)技術(shù)研究院 重慶低碳研究中心,重慶 401123)

山區(qū)壩式水電站水資源量論證研究

朱靜1,何錦峰1,劉元帥2,代蔭2,王海燕3,候俊麗3

(1.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院,重慶 400074;2.重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院,重慶 400020;3.重慶市科學(xué)技術(shù)研究院 重慶低碳研究中心,重慶 401123)

以陜西省黃龍溝水電站工程為例,論述了利用參證法確定壩式水電站年來水量及其年內(nèi)分配的計算方法,重點闡述了來水量計算的設(shè)計頻率、參證站選取,以及修正系數(shù)的合理性、有效性、可靠性,并基于流域環(huán)境安全及生態(tài)健康理念,探討了生產(chǎn)生活、生態(tài)、景觀用水需求;通過計算可利用水資源量確定了該電站的合理取水量;提出了山區(qū)壩式水電站水資源量論證中的關(guān)鍵問題及解決措施.

山區(qū);壩式水電站;水資源量;論證;參證法

我國山區(qū)水能資源豐富,水電站數(shù)量眾多,其結(jié)構(gòu)形式主要為壩式水電站.壩式水電站通過攔河筑壩蓄水,利用大壩前后水頭差發(fā)電,改變了河流的自然生態(tài),對水資源及水生態(tài)有較大的影響.由于山區(qū)地形地貌復(fù)雜多樣,生態(tài)環(huán)境敏感,進行壩式水電站建設(shè)工程的水資源論證.對于合理開發(fā)水資源,保護水環(huán)境,協(xié)調(diào)水電站開發(fā)與流域自然、社會、經(jīng)濟關(guān)系具有重要意義[1].

本文以陜西省黃龍溝水電站工程為例,分析該建設(shè)項目對水資源的影響,旨在闡明水資源論證的核心及主要內(nèi)容,為更好地進行山區(qū)壩式水電站項目水資源論證提供參考.

1 壩式水電站水量論證的關(guān)鍵問題

1.1 來水量確定的復(fù)雜性

鑒于山區(qū)水量受豐枯季節(jié)交替影響,來水量的確定應(yīng)當結(jié)合山區(qū)水電站所在流域的地形、地貌、植被和地質(zhì)構(gòu)造,選擇資料可靠的水文站進行年徑流量及年內(nèi)分配計算.其復(fù)雜性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1)由于流域面積大以及地理位置的特殊性,大多山區(qū)沒有或少有水文站,且長期實測資料缺乏,甚至無實測資料;

2)采用水文比擬等方法推求流域年徑流量時,所選擇的參證站及實測資料的可靠性、設(shè)計流域與參證流域的相關(guān)性較難把握;

3)天然徑流量主要包括實測徑流量和人類活動對河川徑流影響的徑流量兩部分,而通常在確定來水量時,僅依據(jù)于水文站的實測資料,很少考慮人類活動對流域徑流影響的徑流量.

1.2 水資源多功能的難協(xié)調(diào)性

水資源的多功能性體現(xiàn)于在滿足水庫發(fā)電用水的同時,必須保證其他用水.在水資源協(xié)調(diào)中,確定一些保障性用水量至關(guān)重要.主要包括：

1)采用定額法確定項目流域內(nèi)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、旅游業(yè)等生產(chǎn)性用水量.

2)在水庫建成運行后,水庫取水不能對下游生態(tài)用水造成影響.為此,必須做好實地勘察工作,嚴格按照《建設(shè)項目水資源論證導(dǎo)則》[2]和當?shù)赜嘘P(guān)部門相關(guān)規(guī)定,確定最小下泄流量,使其大于生態(tài)基流,以保證流域生態(tài)用水.

3)實地調(diào)查流域景觀用水需求量.

1.3 水電站與流域社會經(jīng)濟的低耦合性

水電站建設(shè)項目與所在流域社會經(jīng)濟在水量利用上存在的低耦合性,表現(xiàn)在由于用水主體不同、實現(xiàn)目標不同,水資源利用方案不同等.導(dǎo)致水電站高利潤的取水方案對于流域社會經(jīng)濟而言并非最佳方案.這就要求在確定水電站運行及管理所需水量的同時,必須充分考慮對流域社會經(jīng)濟的影響,如庫區(qū)淹沒范圍、移民,以及可能產(chǎn)生的生態(tài)災(zāi)害等問題[3].在此基礎(chǔ)上,制定一個合理的水資源利用方案,以在最大程度上確保水電站建設(shè)項目與流域社會經(jīng)濟的和諧發(fā)展.

2 黃龍溝水電站工程概況

2.1 總體布置

黃龍溝水電站為無調(diào)節(jié)能力的徑流式引水電站,由擋水建筑物、引水建筑物、發(fā)電廠區(qū)三大部分構(gòu)成.其中擋水建筑物主要由大壩、沖沙閘組成.黃龍溝電站共有2座攔水壩,大壩壩址分別位于黃龍溝叉灣和深子溝興隆寨處,攔蓄黃龍溝、深子溝溝谷來水;引水建筑物主要包括黃龍溝大壩和深子溝大壩至壓力前池(位于白家鄉(xiāng)茅坡)的引水暗渠,及從前池至發(fā)電廠房的壓力管道;發(fā)電廠區(qū)位于白家鄉(xiāng)大坪村(鎮(zhèn)坪至安康公路右側(cè)的南江河畔),距鎮(zhèn)坪縣城區(qū)25 km,距鎮(zhèn)坪縣白家鄉(xiāng)約6 km.

2.2 工程特性

1)防洪標準.黃龍溝水電站無防洪及其他要求,對于正常高水位的確定主要是考慮壩址處河床高程及取水要求,且能充分利用水頭,將其確定為1220.00 m.

2)設(shè)計發(fā)電能力.水電站設(shè)計引用流量為0.625 m3/s,裝機容量2 500 k W,多年平均年發(fā)電量為793萬k W·h,年利用小時數(shù)3 192 h,為Ⅴ等小(2)型工程.

3)運行調(diào)度.水庫正常水位1 220.00 m.黃龍溝大壩校核洪水位為1221.48 m;深子溝大壩校核洪水位為1 221.432 m,庫容較小.庫區(qū)校核洪水位以下為林地;引水渠道和壓力管道永久占地為林地,壓力前池永久占地為旱地,廠房永久占地為荒地.故該項目無庫區(qū)淹沒,不存在移民問題.

2.3 流域水文

黃龍溝、深子溝流域均為南江河一級支流.流域內(nèi)雨量充沛,年際變化小,根據(jù)《水文手冊》估算,黃龍溝、深子溝壩址處多年平均降雨量應(yīng)為1 010 mm.黃龍溝壩址控制流域面積為6.09 km2,深子溝壩址控制流域面積5.81 km2.黃龍溝和深子溝流域平均比降較大,水能資源豐富,目前尚未進行水能資源開發(fā).

3 黃龍溝水電站來水量計算

3.1 參證站的選取

鎮(zhèn)坪縣南江河流域內(nèi)設(shè)有銀盤、鎮(zhèn)坪、牛頭店雨量站,無水文站.據(jù)此,宜用水文比擬法進行推求.水文比擬法就是將參證流域的水文資料移置到設(shè)計流域上來.移置的關(guān)鍵在于參證站的選擇,不僅要求參證流域具有較長的、可靠的實測資料系列,而且須確保參證流域影響徑流的各項因素與設(shè)計流域具有相似性,即其主要影響因素如氣候、下墊面、人類活動等因素[4]應(yīng)與設(shè)計流域相近.經(jīng)過對黃龍溝及深子溝流域參證站進行比選,鄰近流域的嵐河六口(佐龍溝)水文站最具優(yōu)勢.該站是國家基本水文站,擁有1959年至今的觀測系列水文資料,水文測驗規(guī)范,資料經(jīng)過省級和流域機構(gòu)的審查,資料系列長,成果可靠.同時,嵐河流域與洪石河流域發(fā)源于同一山脈(大巴山北麓),處于同一氣候區(qū),其地形、地貌、植被和地質(zhì)構(gòu)造基本相似.因此,本項目論證選用六口水文站作為參證站.

3.2 修正系數(shù)

為確保設(shè)計流域與參證流域具有較高的相似性和所用實測資料的可靠性,計算設(shè)計流域徑流量應(yīng)按下式進行修正[5].

式中：Q為設(shè)計流域徑流流量,m3/s;A為設(shè)計流域面積,m2;R0為參證流域徑流深,mm;k為考慮不同因素影響時的修正系數(shù),分別為降雨量、下墊面、流域面積、人工徑流等要素.

在計算黃龍溝水電站壩址流域年流量時,考慮到流域面積和降雨量與參證流域有較大差異,故對其進行如下修正：

1)k1(面積修正系數(shù))為設(shè)計站黃龍溝、深子溝壩址與參證站六口水文站的控制流域面積之比.黃龍溝面積修正系數(shù)k11=6.09/1 749=0.003 482,深子溝面積修正系數(shù)k12=5.81/1 749=0.003 322.

2)k2(降雨修正系數(shù))為黃龍溝、深子溝壩址與參證站控制流域多年平均降雨量比值.本次論證壩址控制流域降雨量采用牛頭店雨量站多年平均降雨量983.1 mm;參證站采用流域內(nèi)6個雨量站多年均值的算術(shù)平均值999.1 mm.故降雨修正系數(shù)k2=983.1/999.1=0.984 0.

3.3 黃龍溝水電站來水量及年內(nèi)分配

黃龍溝水電站采用多年平均徑流量作為與設(shè)計保證率相對應(yīng)的徑流量。根據(jù)六口水文站不同頻率的年徑流量,按式(1)進行修正,得到不同頻率黃龍溝水電站年徑流量,取其平均值作為該水電站多年平均來水量,即833.99萬m3.

1)參證流域多年平均徑流量年內(nèi)分配.鄰近流域嵐河六口水文站為本項目參證站,其多年平均徑流年內(nèi)分配計算結(jié)果見表1.

表1 嵐河六口水文站多年平均徑流量年內(nèi)分配Tab.1 Annual distribution of mean annual runoff of Liukou hydrologic station in Lan River 億3m

2)黃龍溝多年平均徑流量年內(nèi)分配.多年平均徑流的年內(nèi)分配根據(jù)六口站徑流年內(nèi)分配系數(shù)(表1)進行計算.多年平均徑流量的年內(nèi)分配見表2.

表2 黃龍溝電站壩址多年平均徑流量年內(nèi)分配Tab.2 Annual distribution of mean annual runoff of Huanglonggou hydropower station 萬3,m%

4 其他取水需求

4.1 生產(chǎn)生活用水需求

生產(chǎn)生活用水一般包括城鄉(xiāng)居民生活用水、工礦企業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等.建設(shè)項目水資源論證主要分析工程實施對水資源和水環(huán)境的影響,水電站的評價影響范圍主要為大壩庫尾以下.據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,黃龍溝與深子溝庫尾至其壩址,乃至壩址以下的南江河以及兩壩至廠房區(qū)間內(nèi)無人居住,沿河兩岸耕地極少,亦無牲畜養(yǎng)殖場,基本沒有生產(chǎn)生活用水需要.

4.2 生態(tài)用水需求

黃龍溝水電站為徑流式電站,發(fā)電用水從取水口取水后,通過引水隧洞、前池和壓力管道進入水輪機組進行發(fā)電.引水發(fā)電使得電站取水樞紐至廠房區(qū)間的河段水體由原在自然河床變?yōu)樵谏襟w隧洞中流淌,形成減水河段,對河流原有生態(tài)環(huán)境造成了影響.為將這種影響控制在一定范圍乃至消除不利因素,確保下游生態(tài)用水,目前常采用生態(tài)基流理論,即通過控制下泄流量的方法以保障生態(tài)用水.

按照《建設(shè)項目水資源論證導(dǎo)則》要求和陜水電發(fā)[2007]6號文件《陜西省水利廳關(guān)于農(nóng)村水電站保證最小下泄流量有關(guān)問題的通知》規(guī)定,維持水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定所需最小流量一般不應(yīng)小于河道控制斷面多年平均流量的10%.黃龍溝水電站壩址處多年平均流量為0.135 m3/s,則下泄生態(tài)流量不應(yīng)小于0.013 5 m3/s;深子溝水電站壩址處多年平均流量為0.129 m3/s,則下泄生態(tài)流量不應(yīng)小于0.012 9 m3/s.

4.3 景觀用水需求

經(jīng)過調(diào)查及分析流域規(guī)劃,流域內(nèi)現(xiàn)無景觀用水.

5 可利用水量論證

流域內(nèi)可開發(fā)利用水量應(yīng)為流域來水量扣除該流域其他取水需求后的水資源量.對于黃龍溝水電站,經(jīng)計算黃龍溝壩址處多年平均年徑流量為427萬m3,深子溝壩址處多年平均年徑流量為407萬m3(見表2).項目《初設(shè)報告》選擇電站裝機容量2 500 W,設(shè)計黃龍溝、深子溝引用流量分別為0.121 5 m3/s和0.116 1 m3/s,扣除各自的生態(tài)基流后,計算出多年平均可利用量為750.60萬m3.其中黃龍溝多年平均可供水量為384.30萬m3,深子溝多年平均可供水量為366.30 m3.電站發(fā)電用水量分別為340.59、321.67萬m3,因此來水量滿足電站用水要求.

6 結(jié)語

本文通過對黃龍溝水電站的水資源論證,探討了論證中的難點及應(yīng)予關(guān)注的問題,基于當前我國在水資源論證工作的問題與不足,提出以下建議：

1)切實保證水文站選取的合理性與數(shù)據(jù)的可靠性.對于有水文站的流域,應(yīng)盡量選擇具有長期實測資料的測站;對尚未建立水文觀測站的山區(qū),則應(yīng)選擇相似性高、相關(guān)性強的參證站,并保證實測資料的代表性和可靠性.

2)充分考慮水資源多功能性.在山區(qū)水資源論證中,應(yīng)注意充分考慮項目所在流域的工農(nóng)業(yè)用水需求,避免對自來水廠等工礦企業(yè)用水影響論證較多,而忽視對農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、航運、河道管理、防汛、旅游業(yè)等用水的影響[6].

3)高度重視水資源開發(fā)的社會經(jīng)濟影響.在山區(qū)水庫水電站項目水資源論證中,要高度重視、切實協(xié)調(diào)好第三方關(guān)系,特別是要協(xié)調(diào)好與移民工作的關(guān)系,妥善、徹底地解決好移民問題,避免存在遺留問題.

4)加強水行政主管部門對水資源開發(fā)利用的監(jiān)管.要嚴格執(zhí)行水資源論證與取水許可制度,加強對水資源的計量和水資源費的征收.并按照誰開發(fā)誰保護、誰受益誰補償?shù)脑瓌t,建立健全生態(tài)補償機制及水權(quán)應(yīng)急機制,以在出現(xiàn)用水糾紛或矛盾時,及時進行有效處置.

[1] 付學(xué)功.建設(shè)項目水資源論證工作中的問題及建議[J].水利發(fā)展研究,2010,10(5)：47-50.

[2] 中華人民共和國水利部.SL/Z 322—2005建設(shè)項目水資源論證導(dǎo)則(試行)[S].北京：中華人民共和國水利部,2005.

[3] 李迎春.小水電站建設(shè)對當?shù)氐挠绊懷芯縖J].中國農(nóng)村水利水電,2007,49(10)：141-142.

[4] 詹道江,葉守澤.工程水文學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社,2007：208-220.

[5] 李廣賀.水資源利用與保護[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2002：49-51.

[6] 殷延波.淺談水資源論證工作中應(yīng)注意的問題和解決對策[J].科技致富向?qū)?2011,19(35)：388.

Demonstration of water resource quantity of dam-type power station in mountain area

ZHU Jing1,HE Jin-feng1,LIU Yuan-shuai2,DAI Yin2,WANG Hai-yan3,HOU Jun-li3
(1.School of River and Ocean Engineering,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China;2.Chongqing Institute of Surveying&Planning for Land Resource&Housing,Chongqing 400020,China;3.Chongqing Research Center for Low Carbon and Environmental Engineering,Chongqing Academy of Science&Technology,Chongqing 401123,China)

Taking Huanglonggou hydropower station project in Shaanxi Province as an example,this paper discusses calculation method for annual inflow to the dam-type hydropower station and its distribution for each month within the year on the basis of referential evidence method with emphasis on designed frequency,selection of referential station as well as the validity,effectiveness and reliability of the correction coefficient.Based on the theory of environmental security and eco-health of the drainage basin,this paper discusses water demand needed to be guaranteed for production and life,ecology,as well as landscape.Reasonable water withdrawal is settled by calculating accessible water resource and key technology as well as relevant measures in demonstration of water resource quantity of dam-type power plant in mountain area is put forward.

mountain area;dam-type power plant;water resource quantity;demonstration;referential evidence method

TV 72

A

2095-3550(2014)01-0037-04

2013-09-16

朱靜,女,江蘇泰州人,碩士.

E-mail：864630729@qq.com

(責任編輯：趙國淮)