山区坝式水电站水资源量论证研究

朱静,何锦峰,刘元帅,代荫,王海燕,候俊丽

(1.重庆交通大学 河海学院,重庆 400074;2.重庆市国土资源和房屋勘测规划院,重庆 400020;3.重庆市科学技术研究院 重庆低碳研究中心,重庆 401123)

山区坝式水电站水资源量论证研究

朱静1,何锦峰1,刘元帅2,代荫2,王海燕3,候俊丽3

(1.重庆交通大学 河海学院,重庆 400074;2.重庆市国土资源和房屋勘测规划院,重庆 400020;3.重庆市科学技术研究院 重庆低碳研究中心,重庆 401123)

以陕西省黄龙沟水电站工程为例,论述了利用参证法确定坝式水电站年来水量及其年内分配的计算方法,重点阐述了来水量计算的设计频率、参证站选取,以及修正系数的合理性、有效性、可靠性,并基于流域环境安全及生态健康理念,探讨了生产生活、生态、景观用水需求;通过计算可利用水资源量确定了该电站的合理取水量;提出了山区坝式水电站水资源量论证中的关键问题及解决措施.

山区;坝式水电站;水资源量;论证;参证法

我国山区水能资源丰富,水电站数量众多,其结构形式主要为坝式水电站.坝式水电站通过拦河筑坝蓄水,利用大坝前后水头差发电,改变了河流的自然生态,对水资源及水生态有较大的影响.由于山区地形地貌复杂多样,生态环境敏感,进行坝式水电站建设工程的水资源论证.对于合理开发水资源,保护水环境,协调水电站开发与流域自然、社会、经济关系具有重要意义[1].

本文以陕西省黄龙沟水电站工程为例,分析该建设项目对水资源的影响,旨在阐明水资源论证的核心及主要内容,为更好地进行山区坝式水电站项目水资源论证提供参考.

1 坝式水电站水量论证的关键问题

1.1 来水量确定的复杂性

鉴于山区水量受丰枯季节交替影响,来水量的确定应当结合山区水电站所在流域的地形、地貌、植被和地质构造,选择资料可靠的水文站进行年径流量及年内分配计算.其复杂性主要表现在以下几个方面：

1)由于流域面积大以及地理位置的特殊性,大多山区没有或少有水文站,且长期实测资料缺乏,甚至无实测资料;

2)采用水文比拟等方法推求流域年径流量时,所选择的参证站及实测资料的可靠性、设计流域与参证流域的相关性较难把握;

3)天然径流量主要包括实测径流量和人类活动对河川径流影响的径流量两部分,而通常在确定来水量时,仅依据于水文站的实测资料,很少考虑人类活动对流域径流影响的径流量.

1.2 水资源多功能的难协调性

水资源的多功能性体现于在满足水库发电用水的同时,必须保证其他用水.在水资源协调中,确定一些保障性用水量至关重要.主要包括：

1)采用定额法确定项目流域内工业、农业、渔业、旅游业等生产性用水量.

2)在水库建成运行后,水库取水不能对下游生态用水造成影响.为此,必须做好实地勘察工作,严格按照《建设项目水资源论证导则》[2]和当地有关部门相关规定,确定最小下泄流量,使其大于生态基流,以保证流域生态用水.

3)实地调查流域景观用水需求量.

1.3 水电站与流域社会经济的低耦合性

水电站建设项目与所在流域社会经济在水量利用上存在的低耦合性,表现在由于用水主体不同、实现目标不同,水资源利用方案不同等.导致水电站高利润的取水方案对于流域社会经济而言并非最佳方案.这就要求在确定水电站运行及管理所需水量的同时,必须充分考虑对流域社会经济的影响,如库区淹没范围、移民,以及可能产生的生态灾害等问题[3].在此基础上,制定一个合理的水资源利用方案,以在最大程度上确保水电站建设项目与流域社会经济的和谐发展.

2 黄龙沟水电站工程概况

2.1 总体布置

黄龙沟水电站为无调节能力的径流式引水电站,由挡水建筑物、引水建筑物、发电厂区三大部分构成.其中挡水建筑物主要由大坝、冲沙闸组成.黄龙沟电站共有2座拦水坝,大坝坝址分别位于黄龙沟叉湾和深子沟兴隆寨处,拦蓄黄龙沟、深子沟沟谷来水;引水建筑物主要包括黄龙沟大坝和深子沟大坝至压力前池(位于白家乡茅坡)的引水暗渠,及从前池至发电厂房的压力管道;发电厂区位于白家乡大坪村(镇坪至安康公路右侧的南江河畔),距镇坪县城区25 km,距镇坪县白家乡约6 km.

2.2 工程特性

1)防洪标准.黄龙沟水电站无防洪及其他要求,对于正常高水位的确定主要是考虑坝址处河床高程及取水要求,且能充分利用水头,将其确定为1220.00 m.

2)设计发电能力.水电站设计引用流量为0.625 m3/s,装机容量2 500 k W,多年平均年发电量为793万k W·h,年利用小时数3 192 h,为Ⅴ等小(2)型工程.

3)运行调度.水库正常水位1 220.00 m.黄龙沟大坝校核洪水位为1221.48 m;深子沟大坝校核洪水位为1 221.432 m,库容较小.库区校核洪水位以下为林地;引水渠道和压力管道永久占地为林地,压力前池永久占地为旱地,厂房永久占地为荒地.故该项目无库区淹没,不存在移民问题.

2.3 流域水文

黄龙沟、深子沟流域均为南江河一级支流.流域内雨量充沛,年际变化小,根据《水文手册》估算,黄龙沟、深子沟坝址处多年平均降雨量应为1 010 mm.黄龙沟坝址控制流域面积为6.09 km2,深子沟坝址控制流域面积5.81 km2.黄龙沟和深子沟流域平均比降较大,水能资源丰富,目前尚未进行水能资源开发.

3 黄龙沟水电站来水量计算

3.1 参证站的选取

镇坪县南江河流域内设有银盘、镇坪、牛头店雨量站,无水文站.据此,宜用水文比拟法进行推求.水文比拟法就是将参证流域的水文资料移置到设计流域上来.移置的关键在于参证站的选择,不仅要求参证流域具有较长的、可靠的实测资料系列,而且须确保参证流域影响径流的各项因素与设计流域具有相似性,即其主要影响因素如气候、下垫面、人类活动等因素[4]应与设计流域相近.经过对黄龙沟及深子沟流域参证站进行比选,邻近流域的岚河六口(佐龙沟)水文站最具优势.该站是国家基本水文站,拥有1959年至今的观测系列水文资料,水文测验规范,资料经过省级和流域机构的审查,资料系列长,成果可靠.同时,岚河流域与洪石河流域发源于同一山脉(大巴山北麓),处于同一气候区,其地形、地貌、植被和地质构造基本相似.因此,本项目论证选用六口水文站作为参证站.

3.2 修正系数

为确保设计流域与参证流域具有较高的相似性和所用实测资料的可靠性,计算设计流域径流量应按下式进行修正[5].

式中：Q为设计流域径流流量,m3/s;A为设计流域面积,m2;R0为参证流域径流深,mm;k为考虑不同因素影响时的修正系数,分别为降雨量、下垫面、流域面积、人工径流等要素.

在计算黄龙沟水电站坝址流域年流量时,考虑到流域面积和降雨量与参证流域有较大差异,故对其进行如下修正：

1)k1(面积修正系数)为设计站黄龙沟、深子沟坝址与参证站六口水文站的控制流域面积之比.黄龙沟面积修正系数k11=6.09/1 749=0.003 482,深子沟面积修正系数k12=5.81/1 749=0.003 322.

2)k2(降雨修正系数)为黄龙沟、深子沟坝址与参证站控制流域多年平均降雨量比值.本次论证坝址控制流域降雨量采用牛头店雨量站多年平均降雨量983.1 mm;参证站采用流域内6个雨量站多年均值的算术平均值999.1 mm.故降雨修正系数k2=983.1/999.1=0.984 0.

3.3 黄龙沟水电站来水量及年内分配

黄龙沟水电站采用多年平均径流量作为与设计保证率相对应的径流量。根据六口水文站不同频率的年径流量,按式(1)进行修正,得到不同频率黄龙沟水电站年径流量,取其平均值作为该水电站多年平均来水量,即833.99万m3.

1)参证流域多年平均径流量年内分配.邻近流域岚河六口水文站为本项目参证站,其多年平均径流年内分配计算结果见表1.

表1 岚河六口水文站多年平均径流量年内分配Tab.1 Annual distribution of mean annual runoff of Liukou hydrologic station in Lan River 亿3m

2)黄龙沟多年平均径流量年内分配.多年平均径流的年内分配根据六口站径流年内分配系数(表1)进行计算.多年平均径流量的年内分配见表2.

表2 黄龙沟电站坝址多年平均径流量年内分配Tab.2 Annual distribution of mean annual runoff of Huanglonggou hydropower station 万3,m%

4 其他取水需求

4.1 生产生活用水需求

生产生活用水一般包括城乡居民生活用水、工矿企业用水、农业用水等.建设项目水资源论证主要分析工程实施对水资源和水环境的影响,水电站的评价影响范围主要为大坝库尾以下.据调查统计,黄龙沟与深子沟库尾至其坝址,乃至坝址以下的南江河以及两坝至厂房区间内无人居住,沿河两岸耕地极少,亦无牲畜养殖场,基本没有生产生活用水需要.

4.2 生态用水需求

黄龙沟水电站为径流式电站,发电用水从取水口取水后,通过引水隧洞、前池和压力管道进入水轮机组进行发电.引水发电使得电站取水枢纽至厂房区间的河段水体由原在自然河床变为在山体隧洞中流淌,形成减水河段,对河流原有生态环境造成了影响.为将这种影响控制在一定范围乃至消除不利因素,确保下游生态用水,目前常采用生态基流理论,即通过控制下泄流量的方法以保障生态用水.

按照《建设项目水资源论证导则》要求和陕水电发[2007]6号文件《陕西省水利厅关于农村水电站保证最小下泄流量有关问题的通知》规定,维持水生态系统稳定所需最小流量一般不应小于河道控制断面多年平均流量的10%.黄龙沟水电站坝址处多年平均流量为0.135 m3/s,则下泄生态流量不应小于0.013 5 m3/s;深子沟水电站坝址处多年平均流量为0.129 m3/s,则下泄生态流量不应小于0.012 9 m3/s.

4.3 景观用水需求

经过调查及分析流域规划,流域内现无景观用水.

5 可利用水量论证

流域内可开发利用水量应为流域来水量扣除该流域其他取水需求后的水资源量.对于黄龙沟水电站,经计算黄龙沟坝址处多年平均年径流量为427万m3,深子沟坝址处多年平均年径流量为407万m3(见表2).项目《初设报告》选择电站装机容量2 500 W,设计黄龙沟、深子沟引用流量分别为0.121 5 m3/s和0.116 1 m3/s,扣除各自的生态基流后,计算出多年平均可利用量为750.60万m3.其中黄龙沟多年平均可供水量为384.30万m3,深子沟多年平均可供水量为366.30 m3.电站发电用水量分别为340.59、321.67万m3,因此来水量满足电站用水要求.

6 结语

本文通过对黄龙沟水电站的水资源论证,探讨了论证中的难点及应予关注的问题,基于当前我国在水资源论证工作的问题与不足,提出以下建议：

1)切实保证水文站选取的合理性与数据的可靠性.对于有水文站的流域,应尽量选择具有长期实测资料的测站;对尚未建立水文观测站的山区,则应选择相似性高、相关性强的参证站,并保证实测资料的代表性和可靠性.

2)充分考虑水资源多功能性.在山区水资源论证中,应注意充分考虑项目所在流域的工农业用水需求,避免对自来水厂等工矿企业用水影响论证较多,而忽视对农业、渔业、航运、河道管理、防汛、旅游业等用水的影响[6].

3)高度重视水资源开发的社会经济影响.在山区水库水电站项目水资源论证中,要高度重视、切实协调好第三方关系,特别是要协调好与移民工作的关系,妥善、彻底地解决好移民问题,避免存在遗留问题.

4)加强水行政主管部门对水资源开发利用的监管.要严格执行水资源论证与取水许可制度,加强对水资源的计量和水资源费的征收.并按照谁开发谁保护、谁受益谁补偿的原则,建立健全生态补偿机制及水权应急机制,以在出现用水纠纷或矛盾时,及时进行有效处置.

[1] 付学功.建设项目水资源论证工作中的问题及建议[J].水利发展研究,2010,10(5)：47-50.

[2] 中华人民共和国水利部.SL/Z 322—2005建设项目水资源论证导则(试行)[S].北京：中华人民共和国水利部,2005.

[3] 李迎春.小水电站建设对当地的影响研究[J].中国农村水利水电,2007,49(10)：141-142.

[4] 詹道江,叶守泽.工程水文学[M].北京：中国水利水电出版社,2007：208-220.

[5] 李广贺.水资源利用与保护[M].北京：中国建筑工业出版社,2002：49-51.

[6] 殷延波.浅谈水资源论证工作中应注意的问题和解决对策[J].科技致富向导,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

朱静,女,江苏泰州人,硕士.

E-mail：864630729@qq.com

(责任编辑：赵国淮)