水資源論證中的兩項關鍵水文技術

付 鵬，黃 旭，王光磊，崔新穎

（1.松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林 長春 130021；2.水利部松遼水利委員會，吉林 長春 130021）

建設項目水資源論證是取水許可審批的前置環(huán)節(jié)，其主要目的是強化水資源開發(fā)利用過程中的宏觀控制，實現(xiàn)水資源開發(fā)利用的事前管理和過程管理。很多建設項目的水資源論證，尤其是取水水源論證，涉及到諸多水文學方面的基礎理論和基本方法，如頻率計算、設計年徑流計算和興利調(diào)節(jié)計算等。在A電廠的水資源論證過程中，頻率計算和興利調(diào)節(jié)計算兩項水文技術起到了關鍵的作用。

1 電廠概況及水資源論證的任務

1.1 電廠概況

A電廠位于B市境內(nèi)（見圖1）。其一期工程已建設2×600 MW燃煤汽輪發(fā)電機組。二期工程擬建設2×1 000 MW超臨界凝汽式汽輪發(fā)電機組，已于2012年5月開工。1號機組將于2015年3月建成投產(chǎn)，2號機組將于2015年6月建成投產(chǎn)。

A電廠取C河干流的D水庫水作為電廠發(fā)電用水（見圖1）。一期工程年取水量為1 100×104m3/a。二期工程最大日取水量為9×104m3/d，年取水量為2 100×104m3/a。用水保證率為97%。

1.2 水資源論證的任務

根據(jù)水利部水資源[2002]145號文件《關于做好建設項目水資源論證工作的通知》和水利部及國家計委第15號令《建設項目水資源論證管理辦法》，A電廠二期工程屬于從地表取水，需申請取水許可證的項目。按照上述文件相關規(guī)定，需編制項目水資源論證報告書。

圖1 A電廠及取水地點相對位置示意圖

水資源論證的任務是：通過分析電廠建設所涉及地區(qū)的水資源時空分布特點和開發(fā)利用現(xiàn)狀，以保證該地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展與資源、環(huán)境相協(xié)調(diào)為目的，對電廠水源取水量和水質(zhì)以及退水情況進行深入地分析，闡明開發(fā)水源可能對周邊地區(qū)帶來的影響，論證水資源開發(fā)與優(yōu)化配置的合理性，提出水資源保護意見以及對水源地建設可能帶來的不利影響的減免和補救措施，提出公正、科學、合理的結(jié)論，為取水許可的審批提供依據(jù)。

2 論證難點和相應技術方法

水資源論證的主要內(nèi)容包括：項目所在區(qū)域水資源狀況及其開發(fā)利用分析；取用水合理性分析；取水水源論證；取、退水影響分析；水資源保護措施；取水和退水影響補償建議等。從技術角度出發(fā)，A電廠二期工程水資源論證的難點在于取水水源論證。A電廠從D水庫取水的方式為庫內(nèi)引水，因而將減少水庫下泄水量，從而減少水庫的灌溉面積。電廠一期工程從D水庫引水1 100×104m3/a，因此已減少了D水庫灌溉面積0.4萬hm2。電廠二期工程將取水2 100×104m3/a，無疑將進一步減少水庫的灌溉面積。因此，在論證中需要重點解決以下問題：

1）合理確定D水庫壩址來水量。利用C河干流B水文站的水文系列資料，通過頻率分析計算，并采用面積比法，推求D水庫壩址來水量，以此確定D水庫供水能力能否滿足電廠運行之所需。

2）通過興利調(diào)節(jié)計算，確定電廠取水后水庫在滿足工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水保證率的條件下，能夠滿足的水田灌溉面積，以此來確定電廠對取水造成的水庫灌溉和發(fā)電損失所應做出的經(jīng)濟補償。

3 水文技術的應用

針對以上兩個難點，利用相關的水文技術進行分析論證。所采用的方法主要為水文頻率計算和興利調(diào)節(jié)計算，分別介紹如下。

3.1 水文頻率分析計算

3.1.1 水文系列資料收集

B水文站現(xiàn)有1955—2001年天然年、月徑流資料。該站上游蓄水工程主要為D水庫，建成于2002年。論證中收集了B水文站2002—2008年的徑流還原計算成果，形成了B水文站1955—2008年的天然年徑流系列。

3.1.2 水文系列代表性分析

由B水文站天然年徑流差積曲線（圖2）可見，該站1955—2008年共54年的年徑流量系列中，計有17個豐水年、23個枯水年、14個平水年。其中1955—1965年組平均年徑流量為8.7×108m3，較多年平均年徑流量5.11×108m3高出70%；1975—1980年和1982—1990年為兩個連續(xù)枯水年組，平均年徑流量分別為1.56×108m3和3.22×108m3，僅為多年平均年徑流量的30.5%和63.0%。

圖2 B水文站天然年徑流量差積曲線

由圖2可知，B水文站54年徑流系列中，豐、枯水基本平衡，為較完整的豐、平、枯水周期。故論證所依據(jù)之年徑流系列采用B水文站1955—2008年天然年徑流數(shù)據(jù)。

3.1.3 水文系列頻率計算

利用B水文站天然年徑流資料，采用P-Ⅲ型曲線適線方法，對B水文站1955—2008年徑流系列進行頻率分析計算，計算結(jié)果見圖3。根據(jù)該計算結(jié)果，以面積比法推求D水庫壩址來水。

圖3 B水文站徑流系列P-Ⅲ頻率曲線

B水文站以上流域多年平均降水量為534.2 mm，其中D水庫以上為530.5 mm，D水庫壩址～B水文站區(qū)間（以下簡稱DB區(qū)間）為537.5 mm。從面雨量均值分析可以看出：B水文站以上各區(qū)間面雨量相差甚微，Cv值也較接近，并且水庫以上區(qū)間略小于DB區(qū)間。從產(chǎn)流因素來看，D水庫以上均為山區(qū)，坡度較下游大，森林植被也較好，其產(chǎn)流條件較下游區(qū)間優(yōu)越，徑流系數(shù)應比下游區(qū)間稍大。

綜合分析D水庫以上區(qū)間及DB區(qū)間的降雨和產(chǎn)流條件，可以認為，兩區(qū)間年徑流深所受影響一正一負，相互抵消，二者趨于相等。因此，取D水庫以上區(qū)間及DB區(qū)間年徑流深與B水文站年徑流深一致。按此原則，以面積比法計算D水庫壩址及DB區(qū)間1955—2008歷年逐月徑流量，其多年平均計算結(jié)果見表1。

表1 D水庫壩址及DB區(qū)間多年平均年徑流量計算表

根據(jù)以上計算結(jié)果，D水庫壩址P=97%來水量為0.328×108m3，仍大于電廠需要的出庫水量0.320×108m3，所以D水庫供水能力能夠滿足電廠所需。采用B水文站歷年天然分配系數(shù)，即可計算出D水庫及DB區(qū)間的歷年逐月來水過程。

3.2 興利調(diào)節(jié)計算

3.2.1 確定水庫供水水量

D水庫是一座以灌溉、防洪為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大型水庫樞紐工程。D水庫供水水量主要包括灌溉用水（同時利用灌溉用水進行發(fā)電）、生態(tài)用水、供給A電廠工程的工業(yè)用水，以及蒸發(fā)、滲漏損失。

D水庫原設計灌溉面積為2.87萬hm2，現(xiàn)狀水田灌溉面積為1.27萬hm2左右。為A電廠一期工程供水后，水庫灌溉面積減少0.4萬hm2，因此，調(diào)整后的水庫灌溉面積為2.48萬hm2。電廠二期工程運行后，水庫的灌溉面積勢必在2.48萬hm2基礎上又有所減少。因此，應根據(jù)水庫興利調(diào)節(jié)試算結(jié)果，在滿足灌溉保證率75%的條件下，確定水庫為電廠供水后還能夠繼續(xù)灌溉水田的面積，然后根據(jù)水田灌溉毛定額和渠系水利用系數(shù)，確定水庫的灌溉用水。

工業(yè)用水主要是供給A電廠的發(fā)電用水。一期和二期工程用水分別為1 100×104m3/a和2 100×104m3/a，總計3 200×104m3/a。

生態(tài)用水主要集中在1—3月，用水量為117萬m3。

3.2.2 確定興利調(diào)節(jié)原則

D水庫壩址以上流域面積1 730 km2。正常蓄水位為125.35 m，相應庫容3 248×108m3。校核洪水位（P=0.05%）為130.53 m，校核總庫容6.146×108m3。水庫為多年調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)庫容為2.993×108m3。

根據(jù)D水庫的壩址來水過程，按照水庫供水滿足灌區(qū)發(fā)展、滿足電廠供水量3 200萬m3以及滿足環(huán)境用水的要求，進行D水庫的興利調(diào)節(jié)計算。興利調(diào)節(jié)操作原則遵循原設計操作原則：庫水位高于正常高水位或汛限水位時，水庫放水；庫水位落于正常高水位與調(diào)度限制線之間時，水庫按灌區(qū)要求正常供水；當庫水位落于調(diào)度限制線以下與死水位之間時，水庫按需水量的26%供水。汛期起止時間為每年的7月1日至9月10日。

3.2.3 興利調(diào)節(jié)計算

因D水庫具有較長系列的歷年逐月徑流量及相應的灌溉用水量和水庫水量損失資料，因此可采用時歷法進行興利調(diào)節(jié)計算。該方法以過去的水文系列作為未來的來水過程，且其中應包括不利的枯水年組。將長系列資料列成表，逐時段進行調(diào)節(jié)計算，計算時段為一個月。水庫歷年逐月蒸發(fā)、滲漏損失采用實測值。

采用時歷法進行興利調(diào)節(jié)計算，其中，農(nóng)業(yè)灌溉保證率為75%，電廠用水保證率為97%。起調(diào)方式采用半庫起調(diào)。調(diào)節(jié)方式為補償調(diào)節(jié)，即灌溉首先利用區(qū)間來水量，不足部分由水庫補給，區(qū)間累計虧水過程即為水庫的供水過程。計算中采用試算法，即在滿足電廠用水97%保證率的條件下，通過不斷假設灌溉面積，使其最終滿足75%灌溉保證率。計算中，凡是一年中有一個或一個以上時段的需水不能滿足者，該年就算得不到保證。然后按經(jīng)驗頻率公式P＝m/（n＋1）計算供水保證率（式中m為灌溉需水量獲得保證的年數(shù)，n為系列總年數(shù)）。若計算出來的保證率不能符合設計保證率，則應另行假定一個灌溉面積，重新計算，直到符合為止。

表2 D水庫興利調(diào)節(jié)過程表 106 m3

根據(jù)興利調(diào)節(jié)計算結(jié)果，D水庫在滿足電廠供水的同時，最大可灌溉下游灌區(qū)水田面積為1.6萬hm2。計算過程參見表2。

4 結(jié)語

1）在建設項目水資源論證，尤其是取水水源論證過程中，水文計算和水利計算方法是經(jīng)常要用到的重要方法。其中，水文頻率分析計算多用于來水量計算，興利調(diào)節(jié)計算多用于取水水庫的供水能力計算。

2）各類建設項目千差萬別，在水資源論證中所采用的水文技術方法也不會千篇一律。因此，應根據(jù)建設項目的實際情況，相應做出方法的選擇和變通。