高 哲

(陜西省西安市引湑濟黑調(diào)水工程管理中心，陜西 周至710400)

西安市引湑濟黑調(diào)水工程將秦嶺南麓湑水河徑流穿越秦嶺調(diào)入黑河上游，匯入黑河水庫，工程出水口位于黑河源頭五里河處。從五里河到黑河水庫之間，分別是:周至厚畛子、沙梁子、王家河、木匠河和黑河水庫壩后等5座水電站。引湑濟黑調(diào)水工程每年計劃向黑河源頭調(diào)水4 248萬 m3，實際調(diào)水在5 000萬 m3左右，使黑河年徑流量明顯增加。

工程的開展運行，一方面調(diào)水給養(yǎng)西安，另一方面為黑河增加創(chuàng)造了水能。黑河干流下游的五家水電站，無償利用引湑濟黑工程的調(diào)水成果實現(xiàn)了超出設計規(guī)劃的發(fā)電增益，增加了各自的經(jīng)濟收益。

1 水電站增益計算

在歷史典型平水年、枯水年下，引湑濟黑工程調(diào)水量的月徑流分配，按月徑流量具體對比各個水電站機組發(fā)電流量和調(diào)水前原河道的流量，篩選數(shù)據(jù)，逐月計算發(fā)電增益。

具體計算方式為在平水年、枯水年二種典型年份的調(diào)水情況下，除去各自蒸散滲透量后，再將調(diào)水徑流分別疊加至各個水電站的原河道月徑流上，比對水電站發(fā)電機組的額定發(fā)電流量，篩選出產(chǎn)生發(fā)電增益的調(diào)水量，逐月計算對應的發(fā)電增益。

黑河流域設黑峪口一座水文站，黑河干流下游電站初步設計報告中的水文數(shù)據(jù)都以黑峪口水文站近50年的水文數(shù)據(jù)為基準計算的。

以平水年和枯水年的設計調(diào)水量作為黑河新增流量來分析各水電站發(fā)電增益。根據(jù)西安市引湑濟黑調(diào)水工程初步設計報告，查得每月調(diào)水流量結果如表1和表2所示。

表1 平水年引湑濟黑工程調(diào)水徑流與原河道徑流月分配對比

2 黑河干流下游水電站發(fā)電增益計算

在黑河干流上的五家水電站水輪發(fā)電機出力系數(shù)均為7.5。以王家河水電站和黑河水庫壩后水電站為典型研究對象計算水電站的發(fā)電增益。

2.1 王家河水電站發(fā)電增益計算

參考王家河水電站初步設計報告，王家河水電站裝機共3臺，設計水頭為115 m，每臺電機組的額定流量為3.40 m3/s，水輪機出力系數(shù)為7.5，單機容量3 200 kw，三臺總容量9 600 kw，年發(fā)電量4 613萬 kw·h，年利用小時數(shù)4 836 h。

以典型平水年1962年和典型枯水年1972年的黑河月徑流作為基數(shù)，對應平水年、枯水年的調(diào)水量月分配，從引湑濟黑工程出水口至王家河水電站沿途蒸散滲透的調(diào)水損失量設計為3.5%，將表1平水年、表2枯水年的調(diào)水徑流相應減小3.5%，按月計算發(fā)電增益，見表3、表4所示。

王家河引水壩址總流量若大于機組額定流量10.2 m3/s的，其發(fā)電機出力按10.2 m3/s流量計算，若小于10.2 m3/s的，按實際流量計算。在自然徑流與機組額定流量的差值基礎上，取調(diào)水流量與機組額定流量之差為增益流量Q逐月計算發(fā)電增益，增益電量計算式為。根據(jù)表1中典型平水年黑河徑流數(shù)據(jù)，在平水年調(diào)水情況下，王家河水電站的發(fā)電增益計算過程如表3所示。

表2 枯水年引湑濟黑工程調(diào)水徑流與原河道徑流月分配對比

表3 平水年調(diào)水量下王家河水電站發(fā)電增益計算

同理，根據(jù)表2中典型枯水年黑河徑流數(shù)據(jù)，在枯水年調(diào)水情況下，王家河水電站的發(fā)電增益計算過程如表4所示。

2.2 黑河水庫壩后電站發(fā)電增益

根據(jù)西安市引湑濟黑調(diào)水工程初步設計報告中黑河水庫徑流調(diào)節(jié)計算成果表，通過50年的水文數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)計算值，分別在豐水年、枯水年、平水年調(diào)水下，計算黑河水庫壩后電站的調(diào)水凈增益。

以典型枯水年1972年水文數(shù)據(jù)說明，在其保證率P=80%的條件下，西安市引湑濟黑調(diào)水工程年調(diào)水量為2 130.30萬 m3，匯入黑河水庫過程中的蒸發(fā)損失為3.77萬 m3，水庫滲漏損失量為54.25萬 m3，則最終流入黑河水庫電站用來直接發(fā)電的水量為2 072.28萬 m3。

黑河水庫壩后水電站運用水庫儲能、放水發(fā)電，可用能量守恒公式計算水能轉化的電能。將枯水年水庫的調(diào)水量2 072.28萬 m3的水能通過發(fā)電機組轉換為電能，可得黑河水庫的凈增益電能為 E=mgHη，其中 m=ρv(ρ=1.0×103kg/m3，v=2 072.28 萬 m3)，g=9.81，電站水頭 h=100 m，發(fā)電機組效率η=75%?？傻冒l(fā)電凈增益E=423.52萬kw·h。

3 黑河干流水電站發(fā)電增益量

經(jīng)計算厚畛子、沙梁子、王家河、木匠河、黑河水庫壩后等5座水電站平水年發(fā)電增益分別為 63.50萬 kw·h、178.81萬 kw·h、236.13 萬 kw·h、133.17 萬 kw·h、784.35萬 kw·h;枯水年發(fā)電增益分別為34.25萬 kw·h、58.55 萬 kw·h、201.06 萬 kw·h、71.12 萬 kw·h、423.52萬 kw·h。

平水年發(fā)電增益合計1 395.96萬 kw·h，枯水年發(fā)電增益合計788.50萬 kw·h。

從水文條件最不利因素考慮，在枯水年條件下引湑濟黑調(diào)水工程的運行，使得調(diào)水量達到最小限度，相應各水電站的發(fā)電增益達到了最少值，即枯水年調(diào)水情況下，各水電站的發(fā)電增益為最低限值。可以說，黑河下游這五家水電站長期獲取的年度發(fā)電增益至少為788.50萬 kw·h，按照0.32元/kw·h上網(wǎng)電價計，發(fā)電經(jīng)濟增益至少為252.32萬元，增益量所占電站設計年平均發(fā)電量16 351萬 kw·h的4.82%。

4 結語

(1)西安市引湑濟黑調(diào)水工程管理中心調(diào)水工作開展實施后，黑河干流下游已建的水電站每年獲得一定的發(fā)電增益。

(2)對于跨流域的調(diào)水工程，水資源的利用從經(jīng)濟利用的角度考慮，需要對最終獲益多方進行利益再分配，從而發(fā)揮出更高的社會投資效益。

［1］西安市水利建筑勘測設計院.西安市引湑濟黑調(diào)水工程初步設計報告［R］.2006:1－60.

［2］咸陽市水利水電建筑勘測設計院.周至厚畛子水電站可行性研究報告［R］.2002:1－60.

［3］陜西省水電設計院.周至縣沙梁子水電站可研報告［R］.2009:15－65.

［4］西安市水利建筑勘測設計院.王家河水電站可行性研究報告［R］.1995:1 －15.

［5］西安理工大學水利電力土木建筑研究設計院.周至木匠河水電站可行性研究報告［R］.2002:1－20.

［6］陜西省水電設計院.黑河金盆水庫可行性研究報告［R］.1992:1－80.

［7］邱林，王文川，趙曉慎.工程水文及水利水電規(guī)劃［M］.北京:科學出版社.2012:80－126.

［8］許建安.中小型水電站電氣設計手冊［M］.北京:中國水利水電出版社.2002:3－30.