南水北調(diào)西線一期調(diào)水對黃河梯級發(fā)電作用分析

李慶國，郭兵托，段高云，楊立彬

(黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司，河南 鄭州 450003)

1 南水北調(diào)西線一期工程方案

根據(jù)國務院批復的《南水北調(diào)工程總體規(guī)劃》，到2050年西線調(diào)水總規(guī)模為170億m3。西線第一期調(diào)水工程是從雅礱江上游甘孜段、雅礱江支流鮮水河上游的達曲和泥曲、大渡河西源綽斯甲河上游的色曲和杜柯河、大渡河東源足木足河上游的瑪柯河和阿柯河調(diào)水到黃河賈曲，調(diào)水規(guī)模80億m3[1]。

引水工程由“七壩十四洞”組成，七壩(水源水庫)分別為雅礱江熱巴、達曲阿安、泥曲仁達、大渡河色曲洛若、杜柯河珠安達、瑪柯河霍那和阿柯河克柯等水庫；十四洞中有4洞為單洞，其余10洞為5段平行雙洞。輸水線路長約325.6 km，其中隧洞段320 km，隧洞最大埋深1 150 m，最大內(nèi)徑9.6 m[2]。

南水北調(diào)西線第一期工程7座水源水庫高程均在3 500 m左右，調(diào)水進入黃河干流賈曲附近，入黃點高程3 442 m，位于黃河上游，調(diào)水對調(diào)入斷面下游黃河干流梯級電站電能參數(shù)產(chǎn)生影響。

2 黃河干流影響梯級總體布局

(1)黃河干流水電梯級規(guī)劃。黃河干流梯級工程采用高壩大庫與徑流電站或灌溉壅水樞紐相間布置，形成較為完整的綜合利用工程體系，龍羊峽、劉家峽、黑山峽、磧口、古賢、三門峽和小浪底等七大控制性骨干工程構成黃河水沙調(diào)控體系的主體。目前，黃河干流共布置梯級工程46座(不包括上游已建的黃河源水電站)，裝機容量總計30 433.3 MW。其中，龍羊峽以上河段初步布置了10座梯級工程，總裝機容量4 675 MW；龍羊峽以下河段規(guī)劃36座梯級工程，總裝機容量25 758.3 MW[3]。

(2)水電站建設概況。黃河干流龍羊峽以上已在建班多和羊曲2座水電站，總裝機容量1 540 MW；龍羊峽以下規(guī)劃的36座梯級電站已建、在建有龍羊峽、拉西瓦、李家峽、公伯峽、劉家峽、海勃灣、萬家寨、三門峽、小浪底等水利樞紐和水電站共計30座，總裝機容量21 258.3 MW[3]。

(3)西線一期調(diào)水影響水電站。南水北調(diào)西線一期工程水量調(diào)入黃河支流賈曲，影響黃河夏日紅(寧木特)以下梯級共計40座，總裝機容量29 668.3 MW。其中，龍羊峽以上4座，總裝機容量3 910 MW；龍羊峽以下梯級36座，總裝機容量25 758.3 MW。40座梯級中有已在建梯級32座，總裝機容量22 798.3 MW[3]。

表1 黃河干支流主要水文站河川天然徑流量

3 黃河梯級電站設計徑流

黃河歷年實測徑流受農(nóng)業(yè)灌溉和大型水庫調(diào)蓄等因素影響的程度不同，而且是逐年變大的。本文分析時采用還原的1956年～2010年系列成果[4]，主要考慮了歷年的灌溉耗水和干支流上已建大型水庫龍羊峽、劉家峽、三門峽及支流汾河水庫、伊河陸渾水庫的調(diào)蓄影響。黃河干支流主要水文站徑流系列見表1。黃河干流各梯級入庫徑流考慮上游水庫調(diào)節(jié)和用水等影響。

4 調(diào)水對梯級電站影響分析

4.1 調(diào)入水量配置方案及水量過程

西線第一期工程調(diào)入水量80億m3，采用河道內(nèi)分配置水量20億m3，河道外配置60億m3方案分析調(diào)水對黃河干流梯級發(fā)電的影響。

西線一期工程建成生效后，由于入黃水量過程與用水過程不一致，因此需要水庫對之進行調(diào)蓄，使之滿足配置方案的用水需求。黃河上游的龍羊峽水庫調(diào)節(jié)庫容193.5億m3，計入西線調(diào)水后，龍羊峽水庫的庫容系數(shù)為0.67，仍為調(diào)節(jié)能力很強的多年調(diào)節(jié)水庫。再計入其下游的劉家峽和黑山峽等水庫，可以較好地調(diào)蓄西線來水。西線入黃水量的年內(nèi)過程線不相同，但變化不大，計算時，調(diào)水年內(nèi)入黃水量過程按多年平均值考慮。

4.2 水庫調(diào)節(jié)運用方式

黃河上游梯級電站采用聯(lián)合補償調(diào)節(jié)的計算方法，龍羊峽、劉家峽、黑山峽三大骨干水庫聯(lián)合補償調(diào)節(jié)運用，在考慮協(xié)調(diào)寧蒙河段水沙關系、滿足寧蒙河段防洪、防凌和河口鎮(zhèn)最小流量要求的前提下，考慮生活、生產(chǎn)和生態(tài)供水等要求，按所有梯級發(fā)電最優(yōu)運用。

中游梯級電站采用聯(lián)合運行的方法，各水庫在汛期防洪排沙，10月開始蓄水，次年6月末庫水位降至汛限水位。在滿足綜合利用要求前提下兼顧發(fā)電。

4.3 調(diào)水對黃河梯級電站影響分析

南水北調(diào)西線一期工程調(diào)水80億m3入黃河后，通過黃河干流水庫的調(diào)蓄作用，各河段水量配置，可增加入黃口以下黃河干流梯級電站的電能參數(shù)。

4.3.1不考慮擴機情況下發(fā)電影響

近期龍羊峽以上按照現(xiàn)階段規(guī)劃的裝機規(guī)模考慮，龍羊峽～河口鎮(zhèn)梯級電站全部建成生效，中游考慮磧口、古賢、禹門口(甘澤坡)建成生效，黃河干流所有梯級不考慮調(diào)水后擴機。調(diào)水80億m3對黃河干流梯級電站影響參數(shù)見表2。

從表2可以看出：

(1)南水北調(diào)西線一期工程生效前，西線一期工程入黃口以下龍羊峽以上干流梯級電站保證出力為1 206 MW，多年平均年發(fā)電量為156.7億kW·h；西線一期工程生效后，保證出力達到1 977 MW，多年平均年發(fā)電量達到222.0億kW·h。與調(diào)水前相比，近期情況下西線一期工程入黃口以下龍羊峽以上干流梯級電站保證出力增加771 MW，多年平均年發(fā)電量增加65.3億kW·h。

(2)南水北調(diào)西線一期工程生效前，黃河龍羊峽以下河段干流梯級電站保證出力為7 906 MW，多年平均年發(fā)電量為821.0億kW·h；西線一期工程生效后，保證出力達到9 775 MW，多年平均年發(fā)電量達到1 018.0億kW·h。與調(diào)水前相比，近期情況下龍羊峽以下干流梯級電站保證出力增加1 869 MW，多年平均年發(fā)電量增加197.1億kW·h。

(3)南水北調(diào)西線一期工程生效后，入黃口以下黃河干流梯級工程保證出力達到9 112 MW，多年平均年發(fā)電量達到1 240.0億kW·h。與調(diào)水前相比，近期情況下西線一期工程生效后增加黃河干流梯級電站保證出力2 640 MW，多年平均年發(fā)電量增加262.4億kW·h。

表2 調(diào)水80億m3對黃河干流梯級電站影響參數(shù)(近期)

表3 西線一期工程生效后對黃河干流梯級電站影響參數(shù)(遠景)

4.3.2考慮擴機情況下發(fā)電影響

南水北調(diào)一期工程生效后對黃河入黃口以下梯級電站發(fā)電影響較大，遠景考慮對入黃口以下梯級電站進行擴機，按照利用小時數(shù)與調(diào)水前基本一致的原則進行擴機，分析遠景情況下南水北調(diào)西線一期工程對黃河干流梯級電站發(fā)電影響，結(jié)果見表3。

從表3可以看出：

(1)南水北調(diào)西線一期工程生效前，西線一期工程入黃口以下龍羊峽以上干流梯級電站保證出力為1 206 MW，多年平均年發(fā)電量為156.7億kW·h；西線一期工程生效后，考慮對西線一期工程入黃口以下龍羊峽以上梯級電站進行擴機，裝機容量由3 910 MW增加到5 850 MW，保證出力達到1 977 MW，多年平均年發(fā)電量達到234.2億kW·h。與調(diào)水前相比，遠景情況下西線一期工程入黃口以下龍羊峽以上干流梯級電站保證出力增加771 MW，多年平均年發(fā)電量增加77.5億kW·h。

(2)南水北調(diào)西線一期工程生效前，黃河龍羊峽以下河段干流梯級電站保證出力為7 906 MW，多年平均年發(fā)電量為821.0億kW·h。西線一期工程生效后，考慮對龍羊峽以上梯級電站進行擴機，龍羊峽以下梯級電站裝機容量可由25 758 MW增加到32 082 MW，保證出力達到9 775 MW，多年平均年發(fā)電量達到1 029.0億kW·h。與調(diào)水前相比，遠景情況下龍羊峽以下干流梯級電站保證出力增加1 869 MW，多年平均年發(fā)電量增加208.0億kW·h。

(3)南水北調(diào)西線一期工程生效后，考慮對黃河干流梯級工程進行擴機，西線一期工程入黃口以下的黃河干流梯級電站裝機容量可由29 696 MW擴至32 224 MW，黃河干流梯級工程保證出力達到11 752 MW，多年平均年發(fā)電量達到1 263.2億kW·h。與調(diào)水前相比，遠景情況下西線一期工程生效后增加黃河干流梯級電站保證出力2 640 MW，多年平均年發(fā)電量增加285.5億kW·h。

5 結(jié) 論

南水北調(diào)西線工程是從長江上游干支流調(diào)水入黃河上游，緩解黃河流域及鄰近地區(qū)水資源嚴重短缺形勢的特大型跨流域調(diào)水工程。工程雖然對調(diào)出河流調(diào)水斷面以下梯級電站參數(shù)造成一定影響[5-6]，但對保障區(qū)域供水安全、能源安全、糧食安全和生態(tài)安全等方面具有重要戰(zhàn)略地位[1，7，8]，同時也能增加黃河干流調(diào)入斷面以下梯級電站的電能指標。經(jīng)分析，在不考慮電站擴機的情況下，與調(diào)水前相比，南水北調(diào)一期調(diào)水可使黃河干流影響的規(guī)劃梯級電站增加保證出力29.0%，增加多年平均年發(fā)電量26.8%。