葉爾羌河山區(qū)水庫聯(lián)合調(diào)度可行性分析

劉 濤

（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局,新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

葉爾羌河發(fā)源于喀喇昆侖山北脈冰川,流經(jīng)克孜勒蘇柯爾克孜自治州和喀什地區(qū),最后進(jìn)入阿克蘇地區(qū)阿瓦提縣,與阿克蘇河匯合后注入塔里木河,河流全長1281 km。葉爾羌河是塔里木河主要源流之一,以喀群引水樞紐為界,以上為山區(qū)徑流形成區(qū),其集水面積為5.025萬km2,以下為徑流散失區(qū)。葉爾羌河目前已建下坂地和阿爾塔什水利樞紐兩座控制性工程。根據(jù)下坂地和阿爾塔什水庫已批復(fù)的廢棄平原水庫方案,即兩座山區(qū)水庫建成后通過對下游平原水庫灌溉功能進(jìn)行改造,開展山區(qū)水庫聯(lián)合調(diào)度可行性分析,研究成果為流域水資源高效利用、維護(hù)流域水安全提供重要技術(shù)支撐[1-2]。

2 山區(qū)單庫承擔(dān)流域綜合利用任務(wù)分析

葉爾羌河主要任務(wù)是承擔(dān)下泄塔里木河干流生態(tài)水量、防洪、灌溉及發(fā)電等綜合利用任務(wù)。灌溉任務(wù)是在葉爾羌河流域用水總量控制指標(biāo)下,結(jié)合下坂地和阿爾塔什水利樞紐工程批復(fù)文件中明確提出替代平原水庫灌溉功能后的灌溉供水要求；防洪任務(wù)是通過水庫的調(diào)蓄保障下游防洪保護(hù)對象防洪安全和自身防洪安全；發(fā)電任務(wù)以“電調(diào)服從水調(diào)”為基本原則,充分利用水量及水能資源優(yōu)勢,對當(dāng)?shù)靥峁╇娏﹄娏恐С?。下泄塔里木河干流生態(tài)水量和灌溉任務(wù)是流域山區(qū)水庫水量調(diào)蓄的主要任務(wù),也是流域水資源管理的重點[3-6]。

2.1 單庫承擔(dān)綜合利用任務(wù)方案擬定

下坂地水利樞紐工程以生態(tài)補(bǔ)水及春旱供水為主,結(jié)合發(fā)電,調(diào)節(jié)庫容6.93億m3。阿爾塔什水利樞紐工程任務(wù)為在保證向塔里木河干流生態(tài)供水目標(biāo)的前提下,承擔(dān)防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用,調(diào)節(jié)庫容12.61億m3。水庫于2010年投入運行,阿爾塔什水利樞紐工程目前已基本完工,水庫蓄水至死水位以上,初步發(fā)揮水庫綜合利用要求。兩座水庫均位于葉爾羌河,其中下坂地位于支流塔什庫爾干河上,壩址斷面徑流約占阿爾塔什壩址斷面徑流的16.5%,出庫流量為阿爾塔什水庫入庫流量的一部分；阿爾塔什位于葉爾羌河干流出山口處,基本可控制葉爾羌河徑流量。

考慮兩座水庫調(diào)蓄庫容分別為6.93億m3、12.61億m3,庫容系數(shù)分別為0.11和0.19,均可對葉爾羌河來水進(jìn)行有效調(diào)蓄。為科學(xué)研究兩座山區(qū)水庫聯(lián)合調(diào)度方式、合理擬定水庫調(diào)度運行方案,本文先對下坂地和阿爾塔什是否具備獨立承擔(dān)流域灌溉和下泄生態(tài)水量任務(wù)能力進(jìn)行分析。因此,形成兩種工況：工況一,下坂地獨立承擔(dān)綜合利用任務(wù),假定阿爾塔什無調(diào)蓄能力；工況二：阿爾塔什獨立承擔(dān)綜合利用任務(wù),假定下坂地?zé)o調(diào)蓄能力。

2.2 山區(qū)單庫承擔(dān)綜合利用任務(wù)能力分析

按照兩座山區(qū)水庫上下游關(guān)系,建立下坂地水庫壩址斷面徑流疊加兩庫區(qū)間徑流即得到阿爾塔什水庫壩址斷面徑流的上下游徑流演進(jìn)關(guān)系。徑流調(diào)節(jié)計算采用長系列徑流時歷列表法。兩組工況計算成果分析如下（單庫承擔(dān)流域綜合利用任務(wù)能力結(jié)果見表1）：

表1 單庫承擔(dān)流域綜合利用任務(wù)能力結(jié)果

（1）工況一僅由下坂地水利樞紐承擔(dān)綜合利用任務(wù)時,下游灌區(qū)灌溉保證率僅為19.0%,汛期6月～9月下泄生態(tài)水量13.85億m3,下坂地多年平均發(fā)電量4.15億kW·h；工況二僅由阿爾塔什水利樞紐承擔(dān)綜合利用任務(wù)時,下游灌區(qū)灌溉保證率僅為58.6%,汛期6月～9月下泄生態(tài)水量10.69億m3,阿爾塔什多年平均發(fā)電量20.51億kW·h。工況二比方案一灌溉保證率提高39.6%,6月～9月下泄生態(tài)水量減少3.16億m3。

（2）單獨由下坂地或阿爾塔什承擔(dān)綜合利用任務(wù),下泄生態(tài)水量可滿足要求,但下游灌區(qū)灌溉保證率不能滿足75%要求,阿爾塔什調(diào)蓄庫容12.61億m3比下坂地調(diào)蓄庫容6.93億m3大5.68億m3,工況二灌溉保證率58.6%比工況一灌溉保證率19.0%高。這是由于葉爾羌河徑流年內(nèi)分配極為不均,6月～9月徑流量占全年徑流量的比例80%,其中7月、8月占全年徑流量的58%,因此,需要山區(qū)水庫“調(diào)豐補(bǔ)枯”,解決灌區(qū)缺水問題。

綜上所述,單獨由下坂地或阿爾塔什承擔(dān)綜合利用任務(wù),均不能滿足下游灌溉保證率要求。因此,需要下坂地和阿爾塔什水庫聯(lián)合運行,在滿足下泄塔里木河下泄生態(tài)水量目標(biāo)的前提下,對葉爾羌河徑流進(jìn)行調(diào)蓄,提高灌區(qū)灌溉保證率。

3 山區(qū)水庫綜合利用任務(wù)分析

下坂地水利樞紐工程位于支流塔什庫爾干上,壩址斷面多年平均徑流量10.9億m3,水庫調(diào)節(jié)庫容6.93億m3,無排沙和防洪度汛要求,可實現(xiàn)對壩址斷面徑流量多年調(diào)節(jié)。電站裝機(jī)容量150MW,保證出力35.95MW,多年平均年發(fā)電量4.644億kW·h；阿爾塔什水利樞紐工程位于葉爾羌河干流喀群引水樞紐上游55km,壩址斷面多年平均年徑流量63.79億m3,約占葉爾羌河徑流量的96.6%,水庫調(diào)節(jié)庫容12.61億m3,庫容系數(shù)為0.19,水庫控制徑流大、距離灌區(qū)近,對灌區(qū)灌溉供水調(diào)蓄作用突出,作為承擔(dān)灌區(qū)主要調(diào)節(jié)水庫。

3.1 山區(qū)水庫綜合利用任務(wù)分擔(dān)方案擬定

考慮到葉爾羌河徑流年內(nèi)分配不均,汛期水量約占到多年平均徑流量的80%,作為葉爾羌河主要支流的塔什庫爾干河,徑流約占葉爾羌河干流徑流量的16.5%,下坂地水庫春灌供水運行方式,可有效增加春灌期間下泄水量；下坂地純發(fā)電運行方式,按照保證出力發(fā)電,也會增加春灌期間下泄水量；即下坂地運行方式無論是春灌供水運行方式,均可實現(xiàn)對塔什庫爾干河徑流量的一定調(diào)蓄作用,對緩解葉爾羌河灌區(qū)缺水、提高灌區(qū)保證率均可起到一定作用。因此,當(dāng)已建下坂地水庫承擔(dān)不同綜合利用任務(wù)時,水庫調(diào)度運行方式的改變將不同程度的改變?nèi)~爾羌河徑流年內(nèi)分配,因此對兩座水庫承擔(dān)綜合利用任務(wù)的功能定位有所不同。

考慮下坂地的運行方式不同,擬定兩組運行方案,對兩座水庫承擔(dān)流域綜合利用任務(wù)分擔(dān)方式進(jìn)行分析計算。

方式一：下坂地春灌供水方式。根據(jù)灌區(qū)灌溉要求,先進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計算,再由阿爾塔什進(jìn)行徑流調(diào)節(jié),共同滿足流域灌區(qū)灌溉需求。

方式二：下坂地純發(fā)電方式。按照純發(fā)電工況進(jìn)行調(diào)蓄,再由阿爾塔什根據(jù)來水和灌區(qū)灌溉要求進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)。

3.2 結(jié)果分析

按照兩座山區(qū)水庫上下游徑流關(guān)系,建立下坂地水庫壩址斷面徑流疊加兩庫區(qū)間徑流即得到阿爾塔什水庫壩址斷面徑流的上下游徑流演進(jìn)關(guān)系。徑流調(diào)節(jié)計算采用長系列徑流時歷列表法。兩組運行方式計算成果分析如下（不同運行方式計算結(jié)果見表2）：

表2 下坂地水庫不同運行方式下計算結(jié)果

（1）方式一：下坂地春灌供水運行方式,下坂地和阿爾塔什聯(lián)合運行,下游灌區(qū)灌溉保證率達(dá)到75%；下坂地保證出力10.4 MW；電站合計多年平均年發(fā)電量26.13億kW·h,其中,下坂地多年平均年發(fā)電量4.15億kW·h,阿爾塔什多年平均年發(fā)電量21.98 kW·h；6月～9月下泄生態(tài)水量9.90億m3。

（2）方式二：下坂地純發(fā)電運行方式,下坂地和阿爾塔什聯(lián)合運行,下游灌區(qū)灌溉保證率達(dá)到75%；下坂地保證出力50.5 MW；電站合計多年平均年發(fā)電量25.47 億kW·h,其中,下坂地多年平均年發(fā)電量4.69 億kW·h,阿爾塔什多年平均年發(fā)電量20.78 kW·h；6月～9月下泄生態(tài)水量9.79 億m3。

（3）方式二與方式一相比,下坂地和阿爾塔什聯(lián)合運行,灌溉保證率均為75%；下坂地保證出力增加40.1 MW；電站合計多年平均年發(fā)電量減少0.64億kW·h,其中下坂地多年平均年發(fā)電量增加0.54億kW·h、阿爾塔什多年平均年發(fā)電量少1.21億kW·h；6月～9月下泄生態(tài)水量減少0.11億m3。

方式二下坂地純發(fā)電方式下,下坂地保證出力和多年平均發(fā)電量較方式一有所提高,但是下坂地和阿爾塔什合計發(fā)電量降低了0.64億kW·h,且下泄生態(tài)水量減少0.11億m3。從流域生態(tài)和灌溉供水綜合利用角度考慮,下坂地采用方式一春灌供水運行方式與阿爾塔什聯(lián)合運行,共同滿足流域灌溉和下泄生態(tài)水量要求；從發(fā)電效益角度分析,下坂地采用方式一春灌供水運行方式情況下兩座水庫合計電量略大于下坂地純發(fā)電的運行工況,其中下坂地采用方式一春灌供水運行方式情況下下坂地電量較大,可充分發(fā)揮多年調(diào)節(jié)水庫發(fā)電調(diào)節(jié)功能,對電力系統(tǒng)相對較優(yōu)；從運行管理角度分析,兩座山區(qū)水庫改變調(diào)度運行方式存在對不同業(yè)主間的電量補(bǔ)償,補(bǔ)償協(xié)調(diào)難度大。

綜上所述,通過對下坂地和阿爾塔什兩座山區(qū)水庫綜合利用任務(wù)分?jǐn)偡桨傅膶Ρ确治?下坂地水庫采用春灌供水運行方案,符合下坂地前期設(shè)計階段批復(fù)的任務(wù)要求、符合下坂地水利樞紐工程水庫調(diào)度規(guī)程的要求；通過與下坂地純發(fā)電的設(shè)計工況進(jìn)行對比分析,下坂地水庫采用春灌供水運行方案能夠滿足下泄塔里木河生態(tài)水量的下泄要求、灌溉設(shè)計保證率供水要求,同時兩座山區(qū)水庫多年平均年發(fā)電量大于下坂地純發(fā)電的設(shè)計工況。

4 結(jié)論

（1）單獨由下坂地或阿爾塔什水庫承擔(dān)葉爾羌河綜合利用任務(wù),下泄生態(tài)水量可滿足要求,但灌區(qū)灌溉保證率不能滿足75%要求,因此需要兩座山區(qū)水庫聯(lián)合調(diào)度“調(diào)豐補(bǔ)枯”,解決下游灌區(qū)缺水問題。

（2）下坂地水庫采用春灌供水運行方案能夠滿足下泄塔里木河干流生態(tài)水量下泄、灌溉設(shè)計保證率供水要求,同時下坂地與阿爾塔什水庫聯(lián)合調(diào)度多年平均年發(fā)電量大于下坂地純發(fā)電的設(shè)計工況。