贛江流域水能資源開發(fā)規(guī)劃梯級調(diào)度措施的初探

程 華，張 冬

(1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計研究院，江西 南昌 330029；2.江西省水工結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330029)

贛江是江西省第一大河流，縱貫江西南北，亦為長江八大支流之一，發(fā)源于石城縣洋地鄉(xiāng)石寮崠，于永修縣吳城鎮(zhèn)望江亭匯入鄱陽湖，主河道長823km，南昌外洲水文站斷面以上流域面積80948km2，其中省內(nèi)面積79666km2，約占全省國土面積的47.7%，外省面積1282km2。流域多年平均降雨量為1576.6mm，水資源總量為702.89億m3；干流通航里程606km[1]。流域內(nèi)設(shè)雨量站623個，水位站28個，水文站71個。

贛江流域水能資源豐富，水能理論蘊(yùn)藏量為3607.8MW(316.04億kW·h)，占全省水能資源蘊(yùn)藏量的52.7%。贛江流域中小河流水能資源開發(fā)規(guī)劃涉及226條主要河流。規(guī)劃范圍內(nèi)現(xiàn)已開發(fā)電站共1592座，總裝機(jī)容量1063.67MW，多年平均年發(fā)電量36.42億kW·h；規(guī)劃電站242座，總裝機(jī)容量273.20MW，年發(fā)電量9.01億kW·h。

贛江流域水能資源開發(fā)規(guī)劃中提出的非工程措施主要內(nèi)容包括梯級聯(lián)合調(diào)度、監(jiān)控、管理等。流域梯級調(diào)度，圍繞流域梯級小水電站聯(lián)合調(diào)度需求，搜集流域的經(jīng)濟(jì)社會、氣象水文、水電站等資料，分析流域現(xiàn)狀水電站調(diào)度中存在的問題，明確水電站群聯(lián)合調(diào)度的需求、對象和目標(biāo)；通過水庫群聯(lián)合調(diào)度理論研究，提出復(fù)雜梯級水電站多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度方法并構(gòu)建調(diào)度模型[2]；選取典型年歷史水雨情資料，開展流域不同水平年水電站群聯(lián)合調(diào)度模擬，對比不同調(diào)度模式下水電站群聯(lián)合調(diào)度的綜合效益差異[3]；研究制定流域梯級水電站群興利和防洪等方面的調(diào)度管理方案及相應(yīng)的保障措施，以期發(fā)揮梯級小水電站的綜合利用效益，為實(shí)現(xiàn)流域綜合管理和水資源綜合利用的目標(biāo)提供有力的實(shí)踐指導(dǎo)[4]。

1 梯級調(diào)度的原則與任務(wù)

1.1 流域梯級調(diào)度主要遵循的原則

(1)以人為本的原則。

(2)人與自然和諧、建立資源節(jié)約環(huán)境友好型社會的原則。

(3)水資源綜合利用、合理開發(fā)的原則。

1.2 流域梯級調(diào)度的主要任務(wù)

(1)優(yōu)化流域水電站防洪、供水、發(fā)電等綜合效益。研究制定聯(lián)合調(diào)度方案，改善目前各水電站各自為政的現(xiàn)狀，最大限度地提高流域梯級水電站的庫容潛力，有效提高流域整體防洪減災(zāi)能力和水資源綜合利用效率[5]。

(2)提高流域水電站抗旱應(yīng)急能力。為應(yīng)對近年來江西省旱情頻發(fā)情況，水利部門除了運(yùn)用大型水庫外，農(nóng)村水電站很自然成了重要的水源保障，積極發(fā)揮各級流域梯級水電站群抗旱供水潛力，制定合理的抗旱調(diào)度預(yù)案[6]。

(3)強(qiáng)化流域水電站生態(tài)基流保障。按照江西省建設(shè)農(nóng)村綠色水電的要求，積極發(fā)揮水電站徑流調(diào)節(jié)作用，緩解水電開發(fā)帶來的生態(tài)問題，尤其是農(nóng)村水電開發(fā)引起河道斷流帶來的河流生態(tài)問題。

(4)提升流域水污染突發(fā)事件處置水平。近年來各地相繼發(fā)生嚴(yán)重的河湖流域水污染突發(fā)事故，在特定區(qū)域、特定時間發(fā)生的突發(fā)事件可充分發(fā)揮有關(guān)水電站(群)水量應(yīng)急處置水平，確保將事件影響范圍和程度降到最低[7]。

2 梯級調(diào)度保障措施

為順利推進(jìn)水電站群聯(lián)合調(diào)度工作，促進(jìn)流域水資源綜合高效利用，保障流域生態(tài)安全和水電事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，需圍繞國家生態(tài)文明及水安全保障戰(zhàn)略，結(jié)合“民生水電、平安水電、綠色水電、和諧水電”要求，需加強(qiáng)綜合管理措施，不斷提高流域綜合管理水平。

2.1 建立組織機(jī)構(gòu)

流域梯級水電站聯(lián)合調(diào)度管理模式是我國流域水電開發(fā)和電力體制改革發(fā)展下的必然趨勢，它改變了企業(yè)內(nèi)部傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理體系。流域梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度的實(shí)現(xiàn)，要求流域梯級水電站群設(shè)置唯一的流域調(diào)度機(jī)構(gòu)，對外統(tǒng)一接受有關(guān)部門的調(diào)度指令，對內(nèi)負(fù)責(zé)梯級的防洪、發(fā)電、供水等綜合運(yùn)用的統(tǒng)一調(diào)度等。

2.2 加強(qiáng)規(guī)劃引導(dǎo)

因缺乏統(tǒng)一規(guī)劃且水電群建設(shè)年代不同，受建設(shè)條件限制，同一河流上下游水電站發(fā)電流量不完全匹配，很難避免棄水問題。以往流域內(nèi)水電站建設(shè)也很少考慮生態(tài)、供水等綜合利用需求，缺乏相應(yīng)的體制機(jī)制保障，導(dǎo)致流域內(nèi)生態(tài)問題、爭水事件時有發(fā)生。各電站之間因主體不一、建設(shè)管理水平參差不齊，存在各自為戰(zhàn)、缺乏溝通與協(xié)調(diào)的問題，也造成了流域水能資源利用的低效和浪費(fèi)[8]。

對于流域內(nèi)新建、改建及擴(kuò)建梯級水電站，應(yīng)嚴(yán)格按照流域水能利用規(guī)劃要求，積極參與流域梯級調(diào)度管理，接受流域統(tǒng)一調(diào)度，將防汛、生態(tài)、供水、灌溉等綜合利用需求納入目標(biāo)管理；對于流域內(nèi)已有梯級水電站群，也應(yīng)按照規(guī)劃要求，籌劃組建流域梯級管理機(jī)構(gòu)，逐步提升流域統(tǒng)一調(diào)度能力，提高梯級整體水能利用效益及水資源綜合利用水平。

2.3 完善體制機(jī)制

為順利推進(jìn)梯級聯(lián)合調(diào)度工作，應(yīng)建立并逐步完善管理體制與相關(guān)配套機(jī)制，以利于發(fā)揮各調(diào)度主體的積極主動性，提高流域整體管理水平。

體制方面，需要構(gòu)建各級各部門、各利益主體的協(xié)調(diào)平臺及相應(yīng)機(jī)制。梯級水電站群涉及流域上下多個地方政府和行業(yè)部門，其調(diào)度管理是一項(xiàng)極為復(fù)雜的系統(tǒng)工作。完善的管理體制及管理辦法是實(shí)現(xiàn)梯級水電站聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)的高效安全運(yùn)行的重要保證。聯(lián)合調(diào)度管理成功的關(guān)鍵在于協(xié)調(diào)，包括水調(diào)與電調(diào)，各投資主體的協(xié)調(diào)等。需平衡各方利益，調(diào)動各方面的積極性，從而保證聯(lián)合調(diào)度方案的順利實(shí)施。

機(jī)制方面，需要建立梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度的利益分配機(jī)制及生態(tài)供水補(bǔ)償機(jī)制。聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行是以全局利益來考慮的，其中為了追求整體效益的最優(yōu)化，可能會影響個別水電站的固有利益[9]。因此，聯(lián)合調(diào)度必然會涉及到各方利益的協(xié)調(diào)，應(yīng)對聯(lián)合調(diào)度增加的綜合效益進(jìn)行合理的分配，充分體現(xiàn)“風(fēng)險共擔(dān)、利益共享”的良性合作理念。

梯級聯(lián)合調(diào)度在有效提高流域整體發(fā)電效益的同時，還需承擔(dān)生態(tài)和供水等的保障任務(wù)。梯級水電站群的生態(tài)調(diào)度是維持河流健康、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效途徑之一，而保障供水等需水要求也是各電站應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任，也與國家要求“把‘維護(hù)和促進(jìn)河流生態(tài)’與‘惠及民生’作為農(nóng)村水電發(fā)展的核心理念”相吻合。在實(shí)施生態(tài)及應(yīng)急供水等調(diào)度時，不可避免會影響到部分發(fā)電效益。因此，應(yīng)根據(jù)梯級調(diào)度效益評價及實(shí)施生態(tài)供水調(diào)度后發(fā)電效益損失評估情況，制定流域生態(tài)供水補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的保障機(jī)制，便于推動聯(lián)合調(diào)度的順利實(shí)施。

2.4 強(qiáng)化技術(shù)支撐

梯級水電站聯(lián)合調(diào)度，是一個涉及自然科學(xué)、工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)政策和管理法規(guī)等多領(lǐng)域、多專業(yè)的復(fù)雜巨系統(tǒng)[10]。要實(shí)現(xiàn)梯級水電站多目標(biāo)、多任務(wù)、多尺度的聯(lián)合調(diào)度，需要強(qiáng)有力的科技支撐。

要實(shí)現(xiàn)流域梯級電站的水電聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度管理，先進(jìn)的自動化設(shè)備是基礎(chǔ)。梯級聯(lián)合調(diào)度綜合自動化系統(tǒng)(監(jiān)控系統(tǒng))、水情測報系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)和通信系統(tǒng)四大系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)“流域統(tǒng)一調(diào)度”的關(guān)鍵子系統(tǒng)。目前國內(nèi)外在這些方面技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)，為流域梯級水電站聯(lián)合運(yùn)行的實(shí)施提供了可靠的技術(shù)保障。

梯級水電站聯(lián)合調(diào)度決策支持系統(tǒng)及仿真技術(shù)在調(diào)度管理中也有著不可替代的作用。決策支持系統(tǒng)在現(xiàn)代化的水庫運(yùn)行調(diào)度中發(fā)揮的作用越來越大，已經(jīng)成為水庫運(yùn)行調(diào)度管理的一個重要工具。此外，還應(yīng)建立與梯級聯(lián)合調(diào)度體系相匹配的人才隊(duì)伍。通過對電調(diào)、水調(diào)技術(shù)人員進(jìn)行交叉業(yè)務(wù)培訓(xùn)，整合內(nèi)部資源，并積極引進(jìn)高層次人才等綜合措施，加強(qiáng)隊(duì)伍建設(shè)，培養(yǎng)一批對水調(diào)、電調(diào)業(yè)務(wù)都精通的復(fù)合人才，完成水庫調(diào)度和發(fā)電調(diào)度的融合，從而為實(shí)現(xiàn)梯級水電聯(lián)合調(diào)度統(tǒng)一管理提供堅(jiān)實(shí)的人才保障。

表1 典型年社上水庫調(diào)度結(jié)果對比表

表2 社上水庫長系列調(diào)度成果對比表

表3 典型年東谷水庫調(diào)度結(jié)果對比表

表4 東谷水庫長系列調(diào)度成果對比表

2.5 推進(jìn)法規(guī)建設(shè)

國內(nèi)在梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度管理方面，尚缺乏有針對性的、可操作性強(qiáng)的法律條文。在促進(jìn)梯級水電站向聯(lián)合調(diào)度發(fā)展方面，2007年8月國家發(fā)改委、環(huán)?？偩?、電監(jiān)會、能源辦制定了《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法(試行)》，規(guī)定雖然要求流域梯級水電站應(yīng)積極開展水庫優(yōu)化調(diào)度和水庫群的優(yōu)化調(diào)度，合理運(yùn)用水庫蓄水，但是沒有提出針對性的政策措施?？紤]到梯級水電站群調(diào)度涉及面廣、實(shí)施需考慮的因素復(fù)雜，有必要出臺配套的法律法規(guī)和政策措施，明確聯(lián)合調(diào)度的管理主體及其責(zé)任、權(quán)利和義務(wù)，保障聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行與管理的依法、有序進(jìn)行，以及確保具有公益性調(diào)度行為能得到有效實(shí)施，明確供水、生態(tài)、應(yīng)急等用水需求優(yōu)先地位。

3 梯級調(diào)度典型案例

針對贛江流域中小河流梯級電站，開展梯級農(nóng)村水電站聯(lián)合調(diào)度，結(jié)合生態(tài)流量、綠色發(fā)電，建立考慮生態(tài)效益的聯(lián)合運(yùn)行模式，是解決當(dāng)前小電站管理問題的重要手段之一，對于流域綜合管理和水資源綜合利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

下面選取贛江二級支流瀘水河(安?？h境內(nèi))作為試點(diǎn)流域開展梯級聯(lián)合調(diào)度案例分析[11]。

3.1 單庫優(yōu)化調(diào)度

以社上(干流)、東谷(支流)兩座龍頭水庫作為重點(diǎn)研究對象，分別進(jìn)行了典型年及長系列的單庫常規(guī)興利調(diào)度與優(yōu)化興利調(diào)度對比分析。社上水庫調(diào)度成果見表1—2，東谷水庫調(diào)度成果見表3—4。

據(jù)表1可知，典型年社上水庫電站發(fā)電量，實(shí)際運(yùn)行為2933.5萬kW·h，常規(guī)調(diào)度為2593.8萬kW·h，優(yōu)化調(diào)度為3100萬kW·h；耗水率，實(shí)際運(yùn)行為16m3/(kW·h)，常規(guī)調(diào)度為14.7m3/(kW·h)，優(yōu)化調(diào)度為13.8m3/(kW·h)。由此可看出，典型年來水情況下，優(yōu)化調(diào)度會明顯增加社上水庫電站發(fā)電量、減小耗水率，且無棄水。

表5 瀘水流域水庫(電站)群調(diào)度成果對比表 單位：萬kW·h

據(jù)表2可知，水庫優(yōu)化調(diào)度與常規(guī)調(diào)度相比，以月為時段，多年平均發(fā)電量增加6.8%、耗水率減少4.5%、棄水量減少25%；以旬為時段，多年平均發(fā)電量增加10.7%、耗水率減少4.5%、棄水量減少57%。

據(jù)表3可知，典型年東谷水庫電站發(fā)電量，實(shí)際運(yùn)行為4589.2萬kW·h，常規(guī)調(diào)度為5314.5萬kW·h；耗水率，實(shí)際運(yùn)行為8.7m3/(kW·h)，常規(guī)調(diào)度為8.1m3/(kW·h)。

據(jù)表4可知，水庫優(yōu)化調(diào)度與常規(guī)調(diào)度相比，以月為時段，多年平均發(fā)電量增加8.9%、耗水率減少10.7%；以旬為時段，多年平均發(fā)電量增加9.9%、耗水率減少10.7%。

綜上，在水庫實(shí)行優(yōu)化調(diào)度后，以月或旬為計算時段，多年平均發(fā)電量均明顯增加，耗水率明顯下降。

3.2 水庫(電站)群優(yōu)化調(diào)度

在單庫優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)上，以社上和東固兩座水庫為龍頭水庫，對瀘水河水庫(電站)群聯(lián)合興利進(jìn)行了調(diào)度分析，水庫(電站)群聯(lián)合調(diào)度成果見表5。

由表5可知，與常規(guī)調(diào)度相比，優(yōu)化調(diào)度后多年平均發(fā)電量增加約13.6%(以月為計算時段)和15.6%(以旬為計算時段)。

3.3 典型河段調(diào)度成果分析

分別采用Tennant法、最小月平均流量法、逐月平均流量保證率法和90%最枯月徑流保證率法等四種方法計算了河道生態(tài)需水量，經(jīng)對比分析后，推薦采用逐月平均流量保證率法計算社上、東谷水庫壩下河道生態(tài)需水量。

分析認(rèn)為，該計算法根據(jù)月徑流變化特性，給每個月提供一個流量值，更符合河道天然流量過程。社上、東谷兩水庫月平均流量保證率法得到的年平均生態(tài)流量分別約占控制斷面年平均流量的43%、45%；同時在豐水期4—6月，生態(tài)流量占多年平均徑流量的75%～90%，最枯時期的10—1月，占多年平均徑流量的15%～20%左右。

水庫據(jù)此優(yōu)化調(diào)度后，生態(tài)流量達(dá)到Tennant法中好等級的生境質(zhì)量所要求的水量；且同時考慮了河流流量的季節(jié)性變化，豐水期的生態(tài)流量大，枯水期的生態(tài)流量少，較好協(xié)調(diào)了河道生態(tài)需水量與經(jīng)濟(jì)需水的關(guān)系。

單庫優(yōu)化調(diào)度后，多年平均發(fā)電量增加6.8%～10.7%，耗水率減少4.5%～10.7%；流域水庫(電站)群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度后，流域多年平均發(fā)電量增加13.6%～15.6%。

綜上所述，水庫(電站)優(yōu)化調(diào)度后，能明顯增加興利效益，且可保障下游生態(tài)需水，提高生境質(zhì)量；實(shí)施流域水庫(電站)群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度后，興利效益將增加更多。

4 結(jié)語

黨的十九大報告提出要加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國。近年來，國家將生態(tài)文明建設(shè)納入全面深化改革任務(wù)的重要任務(wù)之一，水利部也在大力推進(jìn)水生態(tài)文明建設(shè)，提出建設(shè)“民生水電、平安水電、綠色水電、和諧水電”，要求把“維護(hù)和促進(jìn)河流生態(tài)”與“惠及民生”作為農(nóng)村水電發(fā)展的核心理念。針對中小河流梯級電站，開展梯級農(nóng)村水電站聯(lián)合調(diào)度，結(jié)合生態(tài)流量、綠色發(fā)電，建立考慮生態(tài)效益的聯(lián)合運(yùn)行模式，是解決當(dāng)前小電站管理問題的重要手段之一，對于贛江流域綜合管理和水資源綜合利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。