茍 露，沈 軍

（貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

紅楓湖是烏江一級支流貓?zhí)恿饔蛱菁夒娬镜凝堫^水庫，原建設(shè)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、養(yǎng)殖和工業(yè)用水；上世紀(jì)80年代紅楓湖增加了旅游功能。隨著城市的發(fā)展和人口的不斷增長，紅楓湖周邊廠礦企業(yè)增加，庫區(qū)養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)發(fā)展，排入紅楓湖的工業(yè)和生活污水不斷增加，水質(zhì)一度惡化[1]。1995 年，貴州省人大常委會頒布《貴州省紅楓湖、百花湖水資源環(huán)境保護(hù)條例》，將紅楓湖原以發(fā)電為主的功能改變?yōu)椤笆紫葷M足城鄉(xiāng)居民生活用水，統(tǒng)籌兼顧工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水和旅游需要”。為了保護(hù)和治理紅楓湖水環(huán)境，2004 年取消其養(yǎng)殖功能。2005年2 月12 日，貴州省政府將紅楓湖的功能定位為以城市供水為主，逐步確定了紅楓湖的任務(wù)排序?yàn)槌鞘芯用裆钣盟⒐I(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電，兼顧環(huán)保型旅游。

1 概況

貓?zhí)邮琴F州省中部烏江右岸的一條支流，發(fā)源于安順市西秀區(qū)塔墓山，河源高程1 314.4 m，在修文縣李家灣注入烏江，河口高程765.4 m，流域面積3 246 km2。貓?zhí)恿饔蜷_發(fā)充分，已建成梯級水電站7個(gè)，分別是紅楓、百花、李官、修文、窄巷口、紅林和紅巖水電站[2，3]。

紅楓水電站水庫位于貴州省清鎮(zhèn)市境內(nèi)，距貴陽市約30 km，是長江流域?yàn)踅患壷Я髫執(zhí)恿饔蛱菁夒娬镜凝堫^水庫。紅楓湖壩址以上控制流域集水面積1 596 km2，水庫正常蓄水位1 240.00 m，死水位1 227.50 m，5 月1 日—7 月20 日汛限水位為1 236 m、7 月21—31 日汛限水位為1 237 m、8 月1—31 日汛限水位為1 239.1 m、9 月1—30 日汛限水位為1 239.4 m，總庫容7.61 億m3，具有多年調(diào)節(jié)性能，屬大（2）型水庫，工程等別屬Ⅱ等，大壩、溢洪道及放空隧洞為2 級建筑物，按100 a 一遇洪水設(shè)計(jì)，按10 000 a 一遇洪水校核。電站廠房位于壩后右岸，為河岸地面式廠房，總裝機(jī)容量24 MW。工程于1958 年8 月開工，1959 年12 月下閘蓄水，1960 年5月竣工，至今已安全運(yùn)行62 a。

2 興利調(diào)算

選擇貓?zhí)恿饔騼?nèi)的黃貓村水文站、麥翁水文站作為紅楓湖水庫壩址處徑流計(jì)算的主要水文參證站，采用以控制流域集水面積比擬各水文站徑流成果方法計(jì)算紅楓湖水庫壩址處現(xiàn)狀徑流。對紅楓湖流域內(nèi)歷年逐月旬工農(nóng)業(yè)用水量和用水過程進(jìn)行調(diào)查分析，采用用水過程與現(xiàn)狀壩址徑流過程進(jìn)行疊加的方法還原紅楓湖徑流成果，還原后紅楓湖天然多年平均流量為30.2 m3/s，較現(xiàn)狀多年平均流量27.9 m3/s增加了2.3 m3/s。

根據(jù)紅楓湖水庫壩址處長系列徑流計(jì)算成果以及對應(yīng)灌溉用水量長系列成果，并計(jì)入水庫的蒸發(fā)、滲漏損失水量，按“以供定需”的原則進(jìn)行紅楓湖興利調(diào)節(jié)計(jì)算，同時(shí)考慮水庫的汛限水位等控制因素。根據(jù)調(diào)查分析，紅楓湖周邊取水戶合計(jì)取水量需求約2.8 億m3/a。水庫的供水及防洪調(diào)度是發(fā)電調(diào)度的基礎(chǔ)，根據(jù)紅楓湖調(diào)度規(guī)則，在保證水庫防洪安全和周邊取水戶用水量的情況下，盡可能提高電站發(fā)電量。

紅楓湖興利調(diào)度方式為：優(yōu)先保證城市居民生活用水，并在預(yù)留環(huán)境用水的前提下，盡量保證工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉，最后是發(fā)電。選擇多個(gè)連續(xù)枯水年組，按正常供水工作，從供水期末水庫死水位逆時(shí)序進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，遇虧水相加，遇余水相減，求出水庫月末所需的蓄水量及相應(yīng)的庫水位，并將庫水位繪制在同一圖上，取其上包線為保證供水線、下包線為降低供水線。當(dāng)庫水位在保證供水線以上時(shí)，水庫可以加大供水或發(fā)電；當(dāng)庫水位在保證供水線與降低供水線之間時(shí)，水庫可以保證正常供水，但不發(fā)電；當(dāng)庫水位在降低供水線以下時(shí)，水庫要限制供水。

紅楓湖興利調(diào)度如圖1所示，以3條興利調(diào)度線分為4 個(gè)區(qū)域，即：①加大供水區(qū)/發(fā)電區(qū)；②保證供水區(qū)；③灌溉用水破壞區(qū)；④降低供水區(qū)。當(dāng)庫水位處于保證供水區(qū)時(shí)，各部門按所需的水量正常供水；當(dāng)庫水位降至灌溉用水破壞區(qū)時(shí)，城市供水正常供給，農(nóng)業(yè)用水按需水量削減兩成供水；當(dāng)庫水位降至降低供水區(qū)時(shí)，農(nóng)業(yè)用水和城市供水均受破壞。

圖1 紅楓湖興利調(diào)度示意

3 電站水能指標(biāo)

3.1 發(fā)電調(diào)度

結(jié)合興利調(diào)度圖分析，紅楓水電站各月最低控制發(fā)電水位即為保證供水線，詳見表1。紅楓水電站的運(yùn)行方式為：水庫汛期在滿足供水的情況下，應(yīng)盡量減少棄水，爭取汛后蓄滿水庫，以增加水電站的枯水期發(fā)電量，提高水電站經(jīng)濟(jì)效益；水庫發(fā)電調(diào)度按調(diào)度圖操作，庫水位在最低控制發(fā)電水位以上時(shí)，水庫在滿足城市供水要求后，多余水量可用來發(fā)電；庫水位在最低控制發(fā)電水位以下時(shí)，電廠不發(fā)電，庫內(nèi)存水僅為城市供水所用，水庫以最大能力保證城市供水不被破壞。

表1 紅楓水電站各月最低控制發(fā)電水位

3.2 紅楓水電站

由于紅楓湖供水水量較大，水電站枯水期不發(fā)電概率較高，紅楓湖已無保證出力的要求。

紅楓水電站引水系統(tǒng)水頭損失計(jì)算公式如下：

式中：Q為發(fā)電流量（m3/s）；H損為水頭損失（m）。

紅楓水電站歷年綜合出力系數(shù)均值為8.23，采用紅楓水電站長系列數(shù)據(jù)按調(diào)度圖計(jì)算。按調(diào)度圖操作時(shí)，以月初庫水位判斷出力值：如果月初庫水位落在發(fā)電出力區(qū)，除去供水后，來水與發(fā)電出力區(qū)下線之間的庫水量均用來發(fā)電，如果大于最大出力，多余水量才留在水庫；如果月初庫水位落于最低控制發(fā)電水位線之下，不能發(fā)電，除去供水，多余水量蓄在庫里。

根據(jù)紅楓湖長系列來水徑流成果，在保證現(xiàn)狀供水量的情況下，盡可能提高發(fā)電量。經(jīng)復(fù)核，按發(fā)電控制水位調(diào)度，在滿足紅楓湖現(xiàn)狀已批復(fù)取水許可水量2.8 億m3情況下，計(jì)算得到紅楓水電站多年平均年發(fā)電量為3 222 萬kW·h；在不考慮紅楓湖現(xiàn)狀已批復(fù)取水量情況下，僅考慮環(huán)境水下放及流域內(nèi)耗水量，計(jì)算得到紅楓水電站多年平均年發(fā)電量為5 388 萬kW·h。因此，受紅楓湖周邊城市取水和工礦企業(yè)取水影響，紅楓水電站多年平均年發(fā)電量將減少2 166萬kW·h。

紅楓湖壩址以上流域涉及貴陽市的清鎮(zhèn)市、花溪區(qū)，安順市的西秀區(qū)、平壩區(qū)及黔南州的長順縣5個(gè)市（區(qū)、縣）的20 余個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，流域內(nèi)2020 年總?cè)丝诩s71.4 萬人，年總用水量約2.3 億m3。由于社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，紅楓湖流域內(nèi)用耗水將不斷增大，水庫入庫水量則將逐年減小，且水庫周邊取用水需求和水庫供水量也不斷增大，同時(shí)受控制發(fā)電水位限制，水庫優(yōu)先保證供水，其次利用多余來水及棄水發(fā)電，則紅楓水電站的多年平均年發(fā)電量必將逐年減小。雖然近期有引子渡提水工程、黔中水利樞紐一期工程調(diào)水入紅楓湖[4，5]，但引子渡提水工程、黔中水利樞紐一期工程調(diào)水水量均屬城市供水，不能作為紅楓水電站發(fā)電用水水量；且引子渡提水工程向紅楓湖調(diào)水為均勻輸水，其入庫過程與出庫過程相同，此部分水量不占用紅楓湖的調(diào)節(jié)庫容，因此引子渡提水工程對紅楓湖水庫調(diào)蓄無影響。因此，引子渡提水工程、黔中水利樞紐一期工程調(diào)水對紅楓水電站發(fā)電量影響較小。

3.3 貓?zhí)犹菁夒娬?/h3>

紅楓湖、百花湖多蓄1 m3水量，則貓?zhí)犹菁夒娬灸芏喟l(fā)約1 kW·h的電量[6]，因此紅楓湖、百花湖的供水以及水庫汛限水位、控制發(fā)電水位對貓?zhí)犹菁夒娬镜陌l(fā)電效益影響較大。采用長系列徑流水庫調(diào)算成果，由紅楓水電站逐級調(diào)算至百花水電站、李官水電站、修文水電站、窄巷口水電站、紅林水電站、紅巖水電站，計(jì)算得到貓?zhí)犹菁夒娬镜陌l(fā)電量成果。按紅楓湖、百花湖控制發(fā)電水位調(diào)度，在滿足紅楓湖現(xiàn)狀已批復(fù)取水許可水量2.8 億m3、百花湖現(xiàn)狀已批復(fù)取水許可水量0.66 億m3情況下，貓?zhí)犹菁夒娬径嗄昶骄臧l(fā)電量為3.81 億kW·h；在不考慮紅楓湖、百花湖現(xiàn)狀已批復(fù)取水量情況下，僅考慮環(huán)境水下放及流域內(nèi)耗水量影響，計(jì)算得到貓?zhí)犹菁夒娬径嗄昶骄臧l(fā)電量為6.72 億kW·h。因此，受紅楓湖、百花湖周邊城市取水和工礦企業(yè)取水影響，貓?zhí)犹菁夒娬径嗄昶骄臧l(fā)電量合計(jì)減少2.91億kW·h。

根據(jù)貴州省發(fā)展改革委《關(guān)于調(diào)整我省水電上網(wǎng)電價(jià)有關(guān)事項(xiàng)的通知》要求，按紅楓電廠上網(wǎng)電價(jià)0.276 1元/kW·h計(jì)算，則受紅楓湖、百花湖周邊城市取水和工礦企業(yè)取水影響，貓?zhí)犹菁夒娬鞠鄳?yīng)賠償電量損失估算費(fèi)用8 035萬元/a。

4 結(jié)論

紅楓湖是長江流域?yàn)踅患壷Я髫執(zhí)恿饔蛱菁夒娬镜凝堫^水庫，也是貴陽市的重要飲用水水源地。紅楓湖的主要任務(wù)是供給城市居民生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電用水，兼顧環(huán)保型旅游。隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，2035 年貴陽市規(guī)劃人口1 000 萬人，紅楓湖城市供水量逐漸增大，為優(yōu)先滿足市民用水需求，協(xié)調(diào)好城市供水和發(fā)電用水之間的關(guān)系，通過對紅楓湖壩址以上流域內(nèi)現(xiàn)狀調(diào)查、水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算、水能指標(biāo)復(fù)核等，綜合考慮紅楓湖的供水、防洪、發(fā)電之間的關(guān)系，擬定紅楓湖的最低控制發(fā)電水位線，以保證貴陽市的飲用水安全。按控制發(fā)電水位調(diào)度，在滿足紅楓湖現(xiàn)狀已批復(fù)取水許可水量2.8億m3情況下，受紅楓湖周邊城市取水和工礦企業(yè)取水影響，紅楓水電站多年平均年發(fā)電量將減少2 166萬kW·h；受紅楓湖、百花湖周邊城市取水和工礦企業(yè)取水影響，貓?zhí)犹菁夒娬径嗄昶骄臧l(fā)電量合計(jì)減少2.91 億kW·h，按紅楓電廠上網(wǎng)電價(jià)0.276 1 元/kW·h計(jì)算，則梯級電站相應(yīng)賠償電量損失估算費(fèi)用8 035萬元/a。

本文通過分析紅楓湖水庫控制發(fā)電水位調(diào)度方式以及水電站發(fā)電量損失影響，可為類似協(xié)調(diào)解決水庫的供水與發(fā)電問題提供參考。