黑龙江亚电鑫宝热电厂嫩江取水口断面来水量分析

2011-03-17丛丽君司井丹李滨江

黑龙江水利科技 2011年1期

丛丽君，司井丹，李滨江

(黑龙江省水文局，哈尔滨150001)

1 项目概况

1.1 取水规模、取水水源

黑龙江亚电鑫宝热电有限公司(原富拉尔基热电厂)位于富拉尔基区，总装机容量225 MW，共9台25 MW发电供热机组，是我国“一五”期间由原苏联援建的156项重点工程之一。随着国家产业政策的调整及节能降耗的总体要求，加之地方经济的快速发展，电厂现有机组的容量和能力已无法满足供热市场的需求，按照国家最新出台的“上大压小”优惠政策，公司决定建设大容量、低能耗、清洁环保的新型供热机组，以满足企业的发展和本地不断增长的供暖和用热需求。拟计划先期建设1×300 MW供热机组，代替亚电鑫宝热电厂1#～6#供热机组。

亚电鑫宝热电厂1×300 MW供热机组改扩建工程，取水水源为嫩江地表水和富拉尔基区自来水公司水厂水。设计年取水量为347.7×104m3;以富拉尔基区自来水公司水厂水作为生活水源，设计年取水量4.8×104m3。设计供水保证率97%。本次仅对工业用水进行分析。

嫩江干流地表水取水口位于富拉尔基第二发电厂取水口上游约1 km处，富拉尔基水文站下游6 km处，原黑龙江亚电鑫宝热电有限公司取水口位置，取水口距电厂厂区1.0 km。最大取水量为753.2 m3/h，最大取水流量0.21 m3/s。

1.2 流域水资源状况

嫩江发源于大兴安岭伊勒呼里山中段南侧，正源称南翁河(又称南北河)，河源海拔高程1 030 m，由西北向东南至十二站林场南约1 km处与二根河汇合后称嫩江。嫩江干流由北向南流经嫩江、莫力达瓦旗、讷河、富裕、甘南、齐齐哈尔、龙江、泰来、杜尔伯特蒙古族自治县、大安、肇源等市、县、旗，在吉林省扶余县三岔河，从左岸汇入松花江。

嫩江干流按地形、地势、河谷等特征分为上、中、下三段，其中在嫩江县以上为上游段，属于山区，流经长度661 km;嫩江县到莫力达瓦旗为中游段，逐渐由山区转向丘陵，流经长度122 km;莫力达瓦旗至三岔河口为下游段，齐齐哈尔市以下逐渐进入平原区，南至松花江干流，形成广阔的松嫩平原。本区域位于嫩江下游段。区域内地形地貌由丘陵区过渡到广阔的松嫩平原，河流蜿蜒曲折，河道平缓，河滩宽阔，最宽达10 km以上，滩内分布有沙洲、汊河。

嫩江干流富拉尔基水文站以上有2005年建成并运行的尼尔基大型水利枢纽工程，枢纽坝址以上控制流域面积6.78×104km2，占嫩江流域总面积的24.3%。水库总库容86.11×108m3，其中防洪库容23.68×108m3，兴利库容59.68×108m3，电站共装机4台，总装机容量为250 MW。该工程是国家实施西部大开发战略标志性工程之一，具有防洪、工农业供水、发电、航运、环境保护、育苇养殖等综合效益，是嫩江流域水资源开发利用、防治水旱灾害的控制性工程。齐齐哈尔市为嫩江的沿江城市，沿江建有为城市工业和生活供水的浏园水厂取水泵站、齐齐哈尔造纸有限公司、黑龙江亚电鑫源宝热电有限公司、富拉尔基发电厂、黑龙江黑化集团有限公司、北钢集团有限公司等大型取水泵站。另外，在齐齐哈尔市区嫩江干流有已经修建运行的齐齐哈尔市橡胶坝工程。

本次分析区域为尼尔基至江桥区间。尼尔基至江桥区间总面积99 678 km2，其中平原区面积23 864 km2，包括8个水资源四级分区，分别为讷谟尔河、诺敏河、尼尔基至塔哈区间、阿伦河、音河、雅鲁河、绰尔河和塔哈至江桥区间。各区水资源量见表1。

陈颐磊转身对随行的副官指点着大成殿东西两侧说：即刻起，除大成殿外，孔庙征为军用，除部分殿房辟为野战医院外，全城搜集棺木，集中以备殓我阵亡将士。

表1 分析区水资源量成果表

1.3 齐齐哈尔市水资源状况

齐齐哈尔市区多年平均降水深418.8 mm，折合水量为16.79×108m3，多年平均地表径流深41.4 mm，径流总量1.78×108m3。

齐齐哈尔市地下水多年平均总补给量5.79×108m3，多年平均可开采量4.98×108m3。

1.4 水资源开发利用状况

区域内水资源开发利用主要是嫩江过境水的开发利用。尼尔基水库至江桥嫩江干流区间，主要有北引、中引和齐齐哈尔市市政和企业自备沿江水源。

分析区现状供水总量为42.62×108m3。其中地表水源工程供水量29.90×108m3，占供水总量的70.1%，地下水源工程供水量12.72×108m3，占供水总量的29.9%。

分析区现状总用水量为42.62×108m3。各行业用水量为:工业用水量9.58×108m3;城镇居民生活用水量1.34×108m3;农村生活用水量全部为地下水，用水量1.02×108m3;农田灌溉用水量29.59×108m3;林牧渔苇业用水量1.09×108m3。

现状年分析区用水消耗量为18.96×108m3，综合耗水率为44.48%，其中农业耗水量最大为15.39×108m3，占耗水总量的 81.2%;工业耗水量1.19×108m3，占耗水总量的6.3%;林牧渔业耗水量0.95×108m3，占耗水总量的5.0%;城镇生活耗水量0.43×108m3，占耗水总量的2.3%;农村生活耗水量0.99×108m3，占耗水总量的5.2%。

分析区地表水资源开发利用率为26.6%，地下水资源开采率为53.3%，水资源利用消耗率为12.7。齐齐哈尔市地表水资源开发利用率4.6%，地下水资源开采率为57.1%，水资源利用消耗率5.0%。

2 依据的资料和方法

2.1 资料可靠性分析

齐齐哈尔水文站位于齐齐哈尔市区附近的齐甘公路桥下游1 700 m处，控制流域面积120 014 km2。该站于1951年设立，1956年改为基本水位站，1961年改为汛期专用水位站，只测汛期水位，1982年又改为水位站，全年观测水位，1989年加测降水、蒸发和水温，2002年加测流量，改为水文站。该站具有1951～1956年的水位和流量资料，1961～1981年汛期水位资料，1956～1960年及1982年以来较为完整的水位资料。鉴于本站流量资料系列短，水位资料也不够完整，不宜作为设计代表站。

富拉尔基水文站测流断面解放前后均位于铁桥下游100～400 m，主槽宽度约为500 m，复式断面。河床主要由细砂组成，右岸较陡，左岸低平，断面控制条件好，断面历年冲淤变化不大，水位流量关系基本稳定，历年水位变幅相对较小，整编成果可靠。

富拉尔基水文站是松花江流域规划和尼尔基水库设计的主要设计代表站，其水文基本资料和测站沿革历经多次审查，认为水位流量测次分布合理，观测方法正确，符合规范要求，该站距取水口6 km，区间无较大支流加入，可以作为本次的主要设计代表站。

2.2 系列代表性分析

水利部东北勘测设计研究院2001年编制的《尼尔基水利枢纽初步设计报告》中，采用径流相关关系和综合H～Q曲线等多种方法进行相关分析，将富拉尔基站年径流资料插补延长到1898年，同时对用水量进行还原计算，推算出1898～1998年共101 a天然年径流系列，本次增加了1999年和2000年实测还原资料，将系列延长到103 a。

2.2.1 丰枯水特性分析

富拉尔基水文站1898～2000年共103 a长系列中存在两个完整丰枯水周期。其中1898～1927年连续30 a、1974～1982年连续9 a为枯水年组，合计39 a;1928～1934年连续7 a、1951～1963年连续13 a、1983～2000年连续18 a为丰水年组，合计38 a;1935～1950年连续16 a、1964～1973年连续10 a为平水年组或平水偏枯年组。丰枯水年大致相同。富拉尔基水文站年径流模比系数差积曲线详见图1。各年组平均值与多年平均值比较详见表2。

表2 富拉尔基站年径流丰枯水周期参数对比表

图1 富拉尔基水文站径流差积曲线图

上述分析可以看出，嫩江干流年径流量具有连丰连枯、丰枯交替、枯水段持续时间较长和丰枯水变幅较大等特点。1956～2000年45 a系列包含了一个完整的丰平枯周期，其中丰水年26 a，平水年10 a，枯水年9 a。

2.2.2 不同系列段参数分析

将富拉尔基站1898～2000年共103 a长系列年径流划分为各种时段，计算统计参数，见表3。

由表可以看出，与长系列103 a均值接近的代表段有1928～1982年55 a系列、1935～1982年48 a系列和1951～1982年32 a系列，1935年和1928年开始的48 a和55 a系列，从均值上看虽然接近长系列，但由于其系列大部分为建国前资料，不但流域内同步性差，而且大多数为插补延长资料，精度较低;1956～2000年45 a系列，虽然1983年以来嫩江流域进入了丰水期，但45 a系列为实测系列，资料精度高，面上同步性强。全国水资源综合规划确定1951～1982年45 a径流系列具有较好的代表性，可以作为规划设计代表时段。因此选用1956～2000年45 a系列做为年径流计算代表时段。

表3 富拉尔基站各系列段径流参数分析表

2.2.3 系列代表性分析结论

松花江流域规划和尼尔基水库初步设计阶段通过插补延长和用水量还原计算，推求的富拉尔基站103 a天然年径流系列，经可靠性、一致性审查和系列代表性分析，全国水资源综合规划最终推荐1956～2000年45 a资料系列作为年径流设计采用系列。富拉尔基水文站是国家基本水文站，45 a系列全部为实测资料，流量过程齐全，资料精度可靠，包括了较完整的丰、平、枯水周期，代表性较好，可以作为黑龙江亚电鑫宝热电有限公司“上大压小”改扩建工程设计代表站。

3 来水量分析

3.1 现状来水量分析

3.1.1 设计站年径流和最小流量

根据富拉尔基水文站1956～2000年45 a径流资料，统计各年平均流量和年最小流量。对年平均流量系列和年最小流量进行频率计算，采用矩法初估统计参数，按P－Ⅲ型理论曲线适线，确定均值和Cv值，Cs按我省分析可取Cs=2.0Cv。设计成果见表4。

3.1.2 年内分配

本项目热电联产改扩建工程供热和发电用水保证率按P =97%设计。综合考虑电厂用水保证率和富拉尔基站设计年来水量，可选择与富拉尔基站年径流相近且冬季用水高峰来水量较小的1975年作为P=97%的设计典型年。保证率P=97%的设计年平均流量179 m3/s，按典型年的年内分配比计算设计年径流的年内分配，成果详见表5。

表4 富拉尔基水文站年径流成果表 m3/s

表5 富拉尔基站设计年径流年内分配成果表m3/s

3.1.3 取水口断面天然来水量

黑龙江亚电鑫宝“上大压小”改扩建工程取水口位于富拉尔基水文站下游6 km处，富拉尔基水文站以上流域控制面积123 911 km2，占取水口控制流域面积123 988 km2的99.9%，且区间没有较大支流汇入，取水量和排水量不大，因此可以采用富拉尔基站的来水量作为取水口断面的来水量。

根据富拉尔基水文站45 a径流系列分析，取水口断面多年平均天然来水量为183.2×108m3，保证率P=97%枯水年来水量分别为56.5×108m3;年最小平均流量21.4 m3/s，保证率P=97%年最小流量为10.8 m3/s。

3.2 取水口位置合理性分析

根据建设项目提出的取水方案，嫩江地表水取水口仍采用原黑龙江亚电鑫宝热电有限公司取水口位置，此取水口距下游富拉尔基第二发电厂取水口约1 km，距上游富拉尔基水文站约6 km，取水口紧邻防洪大堤，利于工程防洪和运行。取水口至下游富拉尔基第二发电厂取水口有砌石护岸，河岸稳定，不会发生河岸冲刷和崩岸塌岸现象。根据《松花江流域防洪规划》，齐齐哈尔市近期防洪标准为100 a一遇洪水。城市洪水标准由堤防和尼尔基水库共同承担，城市堤防近期按50 a一遇洪水标准消险加固，尼尔基水库建成后，防洪标准由50 a一遇提高到100 a一遇。齐齐哈尔市城市防洪工程直接采用富拉尔基站设计洪水成果，50 a一遇洪峰流量为12 000 m3/s，1000 a一遇洪峰流量为22 500 m3/s。取水口位于嫩Cs36、嫩Cs37二断面之间，按设计水面线(扩孔)推求，50 a一遇洪水水位为148.19 m，20 a一遇的洪水位为147.70 m。城区河段受两座桥和防洪堤坝控制，河滩低洼宽阔，行洪区宽度约6～7 km。

本工程取水口已经建成运行50多年，能够达到设计取水能力，说明该江段的取水条件是比较理想和稳定的。通过现场察勘，取水泵站上、下游200 m范围内已经采取块石护岸工程，防止岸壁冲刷。1951年～1965年间，泵站上下游江段泥沙淤积、河道改变较大，电厂实施了“疏浚上游沙洲及在第四支流入口处筑坝堵截工程”。为保证水流的稳定，取水口对岸修筑了4道石笼锁坝，使水流冲向右岸。电厂有大型清淤船定期清除泵站处的淤积泥沙，保证取水顺畅，取水口江段目前较为稳定，取水条件较好。据富拉尔基水文站调查了解，嫩江尼尔基水库建成后对富拉尔基江段泥沙及河道断面影响较小，经对富拉尔基水文站实测水文断面对比，实测水文大断面冲於变化不大。

3.3 取水可靠性与可行性分析

亚电鑫宝热电厂原9×25 MW机组的取水流量为4.58 m3/s，小于取水江段保证率97%来水流量。该取水口已经建成运行50多年，能够达到设计要求的取水能力，本期“上大压小”工程建成后，1×300 MW机组取水量加上原有的“3机4炉”只有0.48 m3/s，只占9×25 MW机组取水量的10.5%。

本工程年取用嫩江水量347.7×104m3，年平均取水流量0.18 m3/s，从取水口断面分析可以看出，P=97%的设计年天然流量为179 m3/s，远远大于工程用水量0.18 m3/s的要求。另外根据取水口断面年最小平均流量分析，P=97%设计年最小流量10.8 m3/s，本期电厂取水流量为0.18 m3/s，因此枯水期来水量满足亚电鑫宝“上大压小”改扩建项目取水流量0.18 m3/s的设计用水要求。