劉建軍

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 引 言

開都河發(fā)源于天山南坡，流經(jīng)和靜、焉耆、博湖三縣，最終注入博斯騰湖。擁有豐富的水資源及水能資源，是流域300萬畝灌區(qū)的主要水源，同時(shí)蘊(yùn)藏著1420MW水能資源。目前山區(qū)河段已建梯級(jí)電站7座，總裝機(jī)容量781MW，其中4座具有調(diào)節(jié)能力，總調(diào)節(jié)庫容8376萬m3，可向電網(wǎng)提供清潔的電力能源，為當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展保駕護(hù)航。

伴隨著開都河山區(qū)河段水電梯級(jí)的逐步建成投產(chǎn)，水庫調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)，對(duì)天然徑流調(diào)蓄能力增加。水電梯級(jí)運(yùn)行按照電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行的要求，隨電網(wǎng)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化頻繁調(diào)峰，造成各梯級(jí)水電站日內(nèi)下泄流量不穩(wěn)定，負(fù)荷低谷時(shí)，甚至長時(shí)間無水下泄，負(fù)荷高峰時(shí)，又出現(xiàn)大流量下泄。開都河攔河引水樞紐斷面來水流量忽大忽小，給灌區(qū)正常引水造成困難，同時(shí)也給下游灌區(qū)防洪造成壓力。

本文針對(duì)開都河山區(qū)水電梯級(jí)運(yùn)行與下游灌區(qū)引水不協(xié)調(diào)，開展開都河山區(qū)水電梯級(jí)綜合調(diào)度研究，提出流域“水調(diào)”的要求，為“電調(diào)”運(yùn)行提供依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)流域水資源和水能資源之間“電調(diào)服從水調(diào)”和“水調(diào)支持電調(diào)”的和諧局面，這對(duì)指導(dǎo)開都河流域水電梯級(jí)科學(xué)運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 水電梯級(jí)調(diào)度對(duì)徑流過程影響分析

開都河干流已建的“1庫7級(jí)”梯級(jí)水電站中具有調(diào)節(jié)能力的水庫有察汗烏蘇(調(diào)節(jié)庫容0.724億m3)、柳樹溝(調(diào)節(jié)庫容0.037億m3)、大山口(調(diào)節(jié)庫容0.04億m3)和小山口水電站(調(diào)節(jié)庫容0.071億m3)，其中具有不完全年調(diào)節(jié)能力、能夠?qū)δ陜?nèi)徑流時(shí)空分布產(chǎn)生影響的只有察汗烏蘇水電站，因此，在分析梯級(jí)水電站調(diào)度對(duì)年內(nèi)徑流分配的影響時(shí)，僅針對(duì)察汗烏蘇水電站。

2.1 水電梯級(jí)調(diào)度對(duì)年內(nèi)徑流過程的影響分析

察汗烏蘇水電站壩址斷面多年平均年徑流量為33.75億m3，6、7、8月三個(gè)月是豐水期，徑流量占全年徑流量的44.78%，1、2、12月為枯水期，徑流量占全年徑流量的11.53%。

根據(jù)察汗烏蘇水庫1956—2007年共52年徑流系列資料及水庫的特征庫容參數(shù)進(jìn)行長系列徑流調(diào)節(jié)計(jì)算分析。經(jīng)水庫調(diào)蓄后，壩址斷面多年平均年徑流量為33.46億m3，出庫斷面徑流量減少主要是由于水庫蒸發(fā)滲漏損失，其水庫的入庫和出庫過程見圖1。

圖1 察汗烏蘇水電站入庫與出庫流量對(duì)比

從徑流年內(nèi)分配過程來看，枯水期1、2、3月徑流量有所增加，徑流量由天然的3.76億m3增加至水庫調(diào)蓄后的3.85億m3，增加2.3%，增加幅度不大；4至5月中旬(4月5日—5月20日)的春灌時(shí)期出庫流量有所減少，徑流量由天然的5.06億m3減少至4.85億m3，減少4.2%，由于察汗烏蘇水庫的調(diào)蓄作用，水庫的下泄水量小于天然來水，對(duì)開都河流域灌區(qū)的春灌供水造成潛在不利影響。10月中旬至11月上旬(10月20日—11月10日)的冬灌時(shí)期出庫水量有所減少，由天然徑流量的2.10億m3減少至出庫水量的2.08億m3，減少0.7%，由于察汗烏蘇水庫的調(diào)蓄作用，水庫的下泄水量較建庫前有所變化，受水庫調(diào)蓄能力的限制，總體變化不大。

對(duì)比察汗烏蘇水電站的出庫過程與下游灌區(qū)用水需求，在52年徑流系列中，破壞年份有44年，破壞年份較多，但供水破壞深度大部分不大，年供水量最少出現(xiàn)在枯水年1986年，為10.52億m3，供水滿足程度為90.7%，其他年份的供水滿足程度均在92%以上，供水破壞深度較小。由長系列徑流調(diào)節(jié)計(jì)算分析可知，由于察汗烏蘇水庫的調(diào)蓄能力有限，其調(diào)度運(yùn)行對(duì)年內(nèi)徑流過程的改變程度不大。

2.2 水電梯級(jí)調(diào)度對(duì)日內(nèi)徑流過程的影響分析

開都河灌區(qū)電調(diào)和水調(diào)之間的主要矛盾期為春灌和冬灌期，春灌期典型日4月21日干流各梯級(jí)水電站的實(shí)際出庫流量與下游灌區(qū)實(shí)際需水流量對(duì)比見圖2，冬灌期典型日10月2日的對(duì)比見圖3。

圖2 春灌期典型日(4月21日)各水電站下泄流量與灌區(qū)需水流量對(duì)比

圖3 冬灌期典型日(10月2日)各水電站下泄流量與灌區(qū)需水流量對(duì)比

由春灌期和冬灌期典型日的出庫流量和下游灌區(qū)需水流量對(duì)比可知：

a.四座具有調(diào)節(jié)能力的梯級(jí)水電站在電網(wǎng)中均承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷要求調(diào)度運(yùn)行，下泄流量不均勻，忽大忽小，甚至出現(xiàn)斷流，給下游灌區(qū)引水造成困難，尤其在4月至5月上旬的春灌和10月下旬至11月上旬的冬灌，梯級(jí)水電站運(yùn)行與灌區(qū)用水之間的矛盾尤為突出。

b.察汗烏蘇水電站調(diào)峰能力最大，日內(nèi)出力變幅最大，下泄流量極不均勻，給下游梯級(jí)水電站的運(yùn)行、灌區(qū)引水和防洪安全帶來困難。

c.4月灌區(qū)開始春灌用水，天然來水較小，梯級(jí)水電站運(yùn)行與灌區(qū)用水開始產(chǎn)生矛盾，從4月下旬的春灌開始兩者之間矛盾逐步凸顯。

d.10月下旬至11月上旬開都河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水進(jìn)入冬灌期，此時(shí)開都河天然來水逐漸減少，梯級(jí)水電站的調(diào)峰運(yùn)行與開都河流域灌區(qū)冬灌用水矛盾較為突出。

從開都河徑流資料和開都河流域灌區(qū)用水量來看，水量能夠滿足下游灌區(qū)需水要求，造成下游灌區(qū)引水困難的是梯級(jí)水電站在電網(wǎng)中調(diào)峰運(yùn)行，日內(nèi)下泄流量極為不均，忽大忽小的下泄流量給下游灌區(qū)的引水造成困難，甚至出現(xiàn)河道斷流現(xiàn)象，因此迫切需要開都河已建各梯級(jí)水電站統(tǒng)一調(diào)度，協(xié)調(diào)電站下泄流量與下游灌區(qū)用水之間的矛盾。

3 水電梯級(jí)綜合調(diào)度方案擬定和分析

3.1 梯級(jí)綜合調(diào)度方案擬定

結(jié)合上述已建水電站梯級(jí)布置情況、水庫對(duì)徑流年內(nèi)和日內(nèi)徑流過程影響的分析成果以及已建梯級(jí)電站調(diào)度存在的主要問題，以滿足下游灌區(qū)引水量下泄要求為目標(biāo)，擬定兩組梯級(jí)電站綜合調(diào)度方案。

方案一：依據(jù)“電調(diào)服從水調(diào)”原則，各梯級(jí)水電站部分容量在電網(wǎng)的基荷運(yùn)行。

根據(jù)下游灌區(qū)的用水需求，安排各梯級(jí)水電站的部分機(jī)組在電網(wǎng)的基荷運(yùn)行，依據(jù)下游灌區(qū)的需水要求結(jié)合供水進(jìn)行發(fā)電，各梯級(jí)電站均承擔(dān)下泄供水任務(wù)。

方案二：依據(jù)“水調(diào)支持電調(diào)”原則，最末梯級(jí)小山口水電站承擔(dān)上游各梯級(jí)反調(diào)節(jié)任務(wù)。

小山口水電站是開都河干流最后一級(jí)具有調(diào)節(jié)能力的水電站，調(diào)節(jié)庫容706萬m3，滿足承擔(dān)上游梯級(jí)水電站反調(diào)節(jié)任務(wù)所需要的調(diào)節(jié)庫容。上游各梯級(jí)水電站可根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷需求運(yùn)行，下泄不均勻的流量，在小山口水電站考慮發(fā)電反調(diào)節(jié)功能，利用調(diào)節(jié)庫容對(duì)不均勻的來水進(jìn)行調(diào)蓄，以滿足下游灌區(qū)用水要求。

3.2 梯級(jí)綜合調(diào)度方案效果分析

對(duì)比分析為解決“電調(diào)”與“水調(diào)”之間的矛盾而擬定的綜合調(diào)度方案，綜合評(píng)價(jià)兩組方案的優(yōu)缺點(diǎn)，推薦合理的調(diào)度運(yùn)行方案。

3.2.1 方案一調(diào)度實(shí)施方案評(píng)價(jià)

a.優(yōu)點(diǎn)：?各梯級(jí)水電站均承擔(dān)下游灌區(qū)的供水任務(wù)，部分機(jī)組安排在電網(wǎng)的基荷運(yùn)行，將下泄流量的責(zé)任分?jǐn)偨o各梯級(jí)水電站，責(zé)任明確，便于監(jiān)督管理；?各梯級(jí)水電站根據(jù)下游灌區(qū)灌溉用水的要求，結(jié)合下游灌區(qū)用水進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)“電調(diào)服從水調(diào)”的調(diào)度要求，灌區(qū)用水有保證。

b.缺點(diǎn)：?各梯級(jí)水電站的部分裝機(jī)容量始終在電力系統(tǒng)基荷運(yùn)行，可用于調(diào)峰的容量減小，電站整體負(fù)荷調(diào)節(jié)速度和負(fù)荷波動(dòng)幅度降低，電站調(diào)度運(yùn)行不夠靈活；?梯級(jí)水電站在電網(wǎng)基荷運(yùn)行時(shí)，會(huì)因出力過小而造成機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)，機(jī)組振動(dòng)，給水電站的安全運(yùn)行帶來潛在隱患。

3.2.2 方案二調(diào)度實(shí)施方案評(píng)價(jià)

a.優(yōu)點(diǎn)：?充分發(fā)揮了察汗烏蘇、柳樹溝和大山口水電站的調(diào)峰能力，為穩(wěn)定安全的電網(wǎng)運(yùn)行提供調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用電源點(diǎn)；?上游察汗烏蘇、柳樹溝和大山口三級(jí)水電站的調(diào)度運(yùn)行可根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷要求進(jìn)行調(diào)度，在滿足“水調(diào)”要求的情況下，較大程度滿足“電調(diào)”要求；?小山口水電站承擔(dān)上游各梯級(jí)調(diào)峰運(yùn)行的反調(diào)節(jié)任務(wù)，按下游灌區(qū)用水要求，結(jié)合供水進(jìn)行發(fā)電，滿足“水調(diào)”要求，對(duì)“電調(diào)”要求適應(yīng)較差，雖然影響了小山口梯級(jí)發(fā)電調(diào)峰效益，但該方案符合“電調(diào)服從水調(diào)，水調(diào)支持電調(diào)”的原則，各梯級(jí)水電站運(yùn)行較靈活。

b.方案缺點(diǎn)：?小山口水電站被賦予新的任務(wù)，部分發(fā)電庫容用于調(diào)節(jié)上游來水，發(fā)電額定水頭有所降低，發(fā)電量減少，給小山口水電站帶來部分經(jīng)濟(jì)損失；?小山口水電站隸屬新華公司，供電范圍為巴州電網(wǎng)，和上游各梯級(jí)水電站屬不同管理單位和供電電網(wǎng)，對(duì)于該運(yùn)行方案帶來的經(jīng)濟(jì)損失，需各梯級(jí)水電站管理單位或電網(wǎng)酌情協(xié)商補(bǔ)償。

由以上兩種調(diào)度實(shí)施方案的分析評(píng)價(jià)可知，加強(qiáng)流域各梯級(jí)水電站的統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度，可以從管理上解決方案二的運(yùn)行問題。目前塔里木河流域管理局作為流域機(jī)構(gòu)的管理單位，可以實(shí)現(xiàn)流域水資源管理的統(tǒng)一調(diào)配，因此，推薦采用方案二，即小山口水電站承擔(dān)上游各梯級(jí)水電站的反調(diào)節(jié)任務(wù)，將上游梯級(jí)水電站下泄水量調(diào)節(jié)均勻，使下泄?jié)M足下游灌區(qū)的用水要求。

4 結(jié) 論

隨著河流山區(qū)河段水能資源的不斷開發(fā)，逐步形成了一條河流多座水電站梯級(jí)布置的格局，梯級(jí)水電站對(duì)天然徑流進(jìn)行調(diào)蓄，改變了天然徑流過程。由于各水電站隸屬不同管理單位和不同的供電范圍，各自為政，造成“電調(diào)”和“水調(diào)”之間的用水矛盾。本文通過分析水電各梯級(jí)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，揭示“水調(diào)”和“電調(diào)”之間矛盾的根源，進(jìn)行開都河山區(qū)水電梯級(jí)綜合調(diào)度研究，提出流域“水調(diào)”的要求，為“電調(diào)”運(yùn)行提供依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)流域水資源和水能資源之間“電調(diào)服從水調(diào)”和“水調(diào)支持電調(diào)”的和諧局面，這對(duì)于開都河流域水電梯級(jí)科學(xué)運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也可為其他流域解決類似問題提供科學(xué)經(jīng)驗(yàn)。