基于水資源優(yōu)化配置下的無定河水能開發(fā)探析

高 麗,高慶鋒

(榆陽區(qū)尤家峁水庫服務(wù)中心,陜西 榆林 719000)

無定河是陜西十大水系之一,既是黃河一級支流,也是榆林市的母親河。為了解決無定河流域水資源分布不均造成的水能困難,需對水資源優(yōu)化配置和水能開發(fā)方案進行分析。

1 概 況

發(fā)源于榆林市白于山長春梁北麓的無定河,流經(jīng)榆林市定邊、靖邊、橫山、榆陽、米脂、綏德、清澗7個縣區(qū),境內(nèi)河長442.8km,流域面積20302km2[1]。沿途納流域面積1000km2以上的重要支流共有5條,分別是海流兔河、蘆河、榆溪河、大理河和淮寧河。無定河流域地處內(nèi)陸,屬溫帶干旱、半干旱大陸性季風氣候,多年平均降水量396.9mm,是榆林市煤、油、氣、鹽等礦產(chǎn)的主要富集地。流域內(nèi)總?cè)丝?10萬人,國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值約1038億元[2]。

2 水能開發(fā)條件及現(xiàn)狀

2.1 水資源

根據(jù)《榆林市水資源綜合規(guī)劃》,無定河流域1956—2020年多年平均降水量81.20億m3,折合降水深394mm。自產(chǎn)地表水資源8.63億m3,地下水資源9.22億m3,扣除二者重復量5.33億m3后,水資源總量為12.52億m3[3]。無定河流域水資源可利用總量為5.75億m3,其中地表水可利用量4.62億m3,地下水可開采量2.67億m3,重復量1.54億m3。

2.2 水能開發(fā)現(xiàn)狀

無定河在榆林市境內(nèi)的干流河長為442.8km,落差589m,多年平均流量36.5m3/s。境內(nèi)流域水能理論蘊藏量209.0MW,其中干流理論蘊藏量163.8MW,技術(shù)可開發(fā)量裝機容量43.3MW,經(jīng)濟可開發(fā)量裝機容量43.30MW,已、正開發(fā)裝機容量15.75MW[4]。

無定河因居無定流而得名,加之泥沙較大,一直是平鋪式下流,直到崔家灣以下進入為峽谷段。該段河流兩岸陡峭,河谷狹窄,河床比降較大,是建設(shè)水電工程的天然地域。谷寬80～120m,落差逾170m,跌水急流,為流域水能開發(fā)創(chuàng)造了條件,為重點開發(fā)河段。

截止2022年,榆林市無定河干流自上而下已建成王圪堵水庫壩后電站、響水電站、綏德電站和東風電站等4座,除王圪堵水庫壩后電站為水庫電站外,其它3座為引水式電站,均建成于20個世紀60～70年代,目前仍在正常運行。王圪堵水庫為無定河流域最大水庫,電站位于水庫壩后右岸,最大引水發(fā)電流量13.0m3/s,最小引水流量8.82m3/s,電站保證出力1575kW,總裝機3750(3×1250)kW,年均設(shè)計發(fā)電量1940萬kW·h。東風電站裝機容量6000kW,年均發(fā)電量3200萬kW·h,是目前榆林市境內(nèi)最大的水力發(fā)電企業(yè)。榆林市無定河干流已成電站主要指標,無定河干流已成電站主要指標,見表1。

表1 榆林市無定河干流已成電站主要指標表

3 水資源優(yōu)化配置分析

無定河流域水資源緊缺,要進行水能開發(fā),首先要算清水賬,優(yōu)先保障城市供水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水需求。然后根據(jù)水資源優(yōu)化配置,將富余水量通過置換或者調(diào)蓄到有水能開發(fā)區(qū)域,以進行水能開發(fā)水電站建設(shè)。

3.1 現(xiàn)狀可供水量

充足的水資源是水能開發(fā)的先決條件。截至2020年,榆林市無定河流域共建成中小型水庫72座,總庫容8.0億m3,大小引水工程401處、抽水站1470座、機電井17687眼,現(xiàn)狀供水能力約5.15億m3。根據(jù)現(xiàn)有工程供水能力,同時考慮退還擠占生態(tài)水量、扣除地下水超采等不合理利用量后,榆林市無定河流域各類已成工程可供水量為4.97億m3,其中地表水2.96億m3,地下水2.00億m3,其它0.01億m3。

3.2 水源工程規(guī)劃

為了挖掘無定河流域水資源潛力,榆林市在王圪堵水庫建設(shè)的基礎(chǔ)上,因地制宜建設(shè)了子洲康家溝、榆陽白河和芹河、橫山惠民和富民、米脂李興莊、綏德石家溝、靖邊坪莊和五合等水庫,增加3.5億m3供水量。在開發(fā)無定河流域水資源的同時,并規(guī)劃建設(shè)外引水工程。積極實施東線黃河引水、榆神城鎮(zhèn)供水等流域外引水工程,完成鹽環(huán)定揚黃提升改建工程,新增11.66億m3供水量,為解決區(qū)域水資源供需矛盾奠定了基礎(chǔ)。

3.3 規(guī)劃水平年可供水量預測

考慮現(xiàn)狀供水工程供水能力衰減、退還不合理取水以及新建水源工程增供水量,預測2025年榆林市無定河流域供水工程可供水量為8.48億m3,其中地表水可供水量4.58億m3(當?shù)厮?.84億m3,境外調(diào)水0.74億m3),地下水可供水量3.11億m3(當?shù)厮?.88億m3,境外調(diào)水1.24億m3),其它水源可供水量0.78億m3,其中礦井水0.53億m3,比《榆林市水資源綜合規(guī)劃》提出的2020年、2030年利用礦井水量2211萬m3和737萬m3大,主要是本次預測考慮了煤礦自身及其它工業(yè)利用的礦井水量(用于補充天然水體生態(tài)環(huán)境的部分未納入)。

3.4 水資源供需分析

到2025年,無定河流域?qū)⒔ǔ赏踣俣滤畮臁缀铀畮斓攘饔騼?nèi)水源工程,完成東線黃河引水、榆神城鎮(zhèn)供水、鹽環(huán)定揚黃提升改建等區(qū)外引水工程,同時加大中水、礦井水等非常規(guī)水資源利用力度,使流域供水能力得到全面提高,可供水量達到8.48億m3。經(jīng)供需平衡分析,2025年流域缺水量0.11億m3,缺水率1.3%。缺水區(qū)域集中在靖邊縣和定邊縣,主要缺口在農(nóng)灌和農(nóng)村人飲。該區(qū)域規(guī)劃建設(shè)的蔣家窯和雷河咀水庫主要任務(wù)為防洪攔沙,僅能解決鄰近小區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉問題。鹽環(huán)定揚黃提升改建工程可解決定、靖兩縣城及沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)、工業(yè)用水。因此,區(qū)域的農(nóng)灌及農(nóng)村人飲缺口只能由遠期規(guī)劃的大柳樹引黃工程解決。2025年流域水資源供需平衡,見表2。

表2 榆林市無定河流域2025年水資源供需平衡表 萬m3

3.5 水資源配置

3.5.1 配置思路

無定河流域自然條件差,生態(tài)脆弱,流域內(nèi)水資源開發(fā)必須以維護生態(tài)環(huán)境為前提,地表水資源在不影響當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)及河道內(nèi)基流的基礎(chǔ)上適當開發(fā),主要配置當?shù)厣詈蜕a(chǎn);中水主要配置給河道外生態(tài)和工業(yè)生產(chǎn);礦井水主要配置給煤礦自身及生態(tài)用水,多余水量再配置給工業(yè);東線黃河引水、榆神城鎮(zhèn)供水等流域外引水工程的水量按照優(yōu)水優(yōu)用的原則配置給城鎮(zhèn)生活和工業(yè)生產(chǎn),通過水資源置換,退還擠占的生態(tài)水量。

王圪堵水庫除保證下游無定河川道灌溉用水和河道生態(tài)基流外,主要配置給榆橫工業(yè)區(qū)以及綏德、米脂和子洲縣城;蔣家窯和雷和咀水庫主要配置給當?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉;榆溪河上規(guī)劃的白河、芹河等水庫主要配置給榆林市城區(qū)及經(jīng)濟開發(fā)區(qū);其它支流上規(guī)劃的康家溝、李興莊等水庫就近配置給當?shù)厣詈蜕a(chǎn)[5]。

鹽環(huán)定揚黃提升改建工程建成后,可解決定、靖兩縣城、靖邊工業(yè)園及沿線15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村用水問題;東線黃河引水工程配置給榆橫工業(yè)區(qū);榆神城鎮(zhèn)供水工程主要向城鎮(zhèn)生活供水。

3.5.2 重點區(qū)域配置方案

2025年,通過水源工程建設(shè)及水資源優(yōu)化配置,榆林市無定河流域內(nèi)包括榆林市區(qū)、沿河縣城及工業(yè)區(qū)等重點區(qū)域供水得到保障。在供水網(wǎng)絡(luò)上,無定河流域的水源工程、供水線路及用水對象之間互有交集,在地形、地理位置上也有相互聯(lián)通條件,具備構(gòu)建供水網(wǎng)絡(luò)、實施聯(lián)網(wǎng)調(diào)度的基礎(chǔ)。規(guī)劃以黃河、無定河等天然河道為依托,王圪堵、紅石峽等已成供水工程以及規(guī)劃的東線黃河引水、鹽環(huán)定揚黃提升改建、榆神城鎮(zhèn)供水等引調(diào)水連通工程為紐帶,水庫及城市、園區(qū)水廠等為節(jié)點,構(gòu)建流域供水網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)水源相濟、互為備用,提高供水保障程度。

4 水能開發(fā)利用規(guī)劃

經(jīng)過水資源調(diào)配和優(yōu)化配置后,無定河流域各市縣的水資源更加科學高效,特別是綏德、清澗、橫山等縣區(qū),工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水將有效得到解決。而原本占用的無定河生態(tài)水和水能等將被置換出來,可以充分利用地勢落差進行水利開發(fā)。

根據(jù)2016年完成的《陜西省小水電開發(fā)利用規(guī)劃》,榆林市無定河干流規(guī)劃了8座電站,總裝機容量42.7MW,年發(fā)電量18349萬kW·h。目前,王圪堵水庫壩后電站、響水電站、綏德電站、東風電站已經(jīng)建成投運[6]。李家坬、崔家塌、川口、王宿里4座水電站還處在前期規(guī)劃。由于規(guī)劃的王宿里電站位于古賢水庫回水區(qū),受古賢水庫規(guī)劃建設(shè),原址已經(jīng)無法建設(shè),目前,正在另尋站址上報新的梯級規(guī)劃方案,并將原李家坬～王宿里4級調(diào)整為李家坬、東方紅和新川口3級。

經(jīng)過流域水資源優(yōu)化配置后,規(guī)劃在清澗縣新建3座水電站,規(guī)劃新增裝機31.05MW,年新增發(fā)電量11963萬kW·h,估算投資約4.4億元。分別為位于店則溝鎮(zhèn)的李家坬水電站,開發(fā)方式為引水式,最大水頭31m,裝機容量7.65kW,年發(fā)電量3109萬kW·h;位于高杰村鎮(zhèn)的東方紅水電站,開發(fā)方式為引水式,最大水頭43.1m,裝機容量15kW,年發(fā)電量5458萬kW·h;位于高杰村鎮(zhèn)的新川口水電站,開發(fā)方式為引水式,最大水頭33m,裝機容量8.4kW,年發(fā)電量3396萬kW·h。這些水電站建成投運后,將有效支持當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展。

5 結(jié) 語

無定河擁有充分的水能資源,由于各地無序無度的開發(fā)利用水資源,造成水能閑置或被占用無法開發(fā)。通過對無定河區(qū)域水資源現(xiàn)狀和2025年水資源供需情況的分析,經(jīng)水資源優(yōu)化配置后,為水能開發(fā)水資源的使用創(chuàng)造了條件,并規(guī)劃出了水能開發(fā)方案,為無定河流域水能開發(fā)提供了科學依據(jù)。