水资源论证中的两项关键水文技术

付 鹏，黄 旭，王光磊，崔新颖

（1.松辽水利委员会水文局（信息中心），吉林 长春 130021；2.水利部松辽水利委员会，吉林 长春 130021）

建设项目水资源论证是取水许可审批的前置环节，其主要目的是强化水资源开发利用过程中的宏观控制，实现水资源开发利用的事前管理和过程管理。很多建设项目的水资源论证，尤其是取水水源论证，涉及到诸多水文学方面的基础理论和基本方法，如频率计算、设计年径流计算和兴利调节计算等。在A电厂的水资源论证过程中，频率计算和兴利调节计算两项水文技术起到了关键的作用。

1 电厂概况及水资源论证的任务

1.1 电厂概况

A电厂位于B市境内（见图1）。其一期工程已建设2×600 MW燃煤汽轮发电机组。二期工程拟建设2×1 000 MW超临界凝汽式汽轮发电机组，已于2012年5月开工。1号机组将于2015年3月建成投产，2号机组将于2015年6月建成投产。

A电厂取C河干流的D水库水作为电厂发电用水（见图1）。一期工程年取水量为1 100×104m3/a。二期工程最大日取水量为9×104m3/d，年取水量为2 100×104m3/a。用水保证率为97%。

1.2 水资源论证的任务

根据水利部水资源[2002]145号文件《关于做好建设项目水资源论证工作的通知》和水利部及国家计委第15号令《建设项目水资源论证管理办法》，A电厂二期工程属于从地表取水，需申请取水许可证的项目。按照上述文件相关规定，需编制项目水资源论证报告书。

图1 A电厂及取水地点相对位置示意图

水资源论证的任务是：通过分析电厂建设所涉及地区的水资源时空分布特点和开发利用现状，以保证该地区经济社会发展与资源、环境相协调为目的，对电厂水源取水量和水质以及退水情况进行深入地分析，阐明开发水源可能对周边地区带来的影响，论证水资源开发与优化配置的合理性，提出水资源保护意见以及对水源地建设可能带来的不利影响的减免和补救措施，提出公正、科学、合理的结论，为取水许可的审批提供依据。

2 论证难点和相应技术方法

水资源论证的主要内容包括：项目所在区域水资源状况及其开发利用分析；取用水合理性分析；取水水源论证；取、退水影响分析；水资源保护措施；取水和退水影响补偿建议等。从技术角度出发，A电厂二期工程水资源论证的难点在于取水水源论证。A电厂从D水库取水的方式为库内引水，因而将减少水库下泄水量，从而减少水库的灌溉面积。电厂一期工程从D水库引水1 100×104m3/a，因此已减少了D水库灌溉面积0.4万hm2。电厂二期工程将取水2 100×104m3/a，无疑将进一步减少水库的灌溉面积。因此，在论证中需要重点解决以下问题：

1）合理确定D水库坝址来水量。利用C河干流B水文站的水文系列资料，通过频率分析计算，并采用面积比法，推求D水库坝址来水量，以此确定D水库供水能力能否满足电厂运行之所需。

2）通过兴利调节计算，确定电厂取水后水库在满足工业和农业用水保证率的条件下，能够满足的水田灌溉面积，以此来确定电厂对取水造成的水库灌溉和发电损失所应做出的经济补偿。

3 水文技术的应用

针对以上两个难点，利用相关的水文技术进行分析论证。所采用的方法主要为水文频率计算和兴利调节计算，分别介绍如下。

3.1 水文频率分析计算

3.1.1 水文系列资料收集

B水文站现有1955—2001年天然年、月径流资料。该站上游蓄水工程主要为D水库，建成于2002年。论证中收集了B水文站2002—2008年的径流还原计算成果，形成了B水文站1955—2008年的天然年径流系列。

3.1.2 水文系列代表性分析

由B水文站天然年径流差积曲线（图2）可见，该站1955—2008年共54年的年径流量系列中，计有17个丰水年、23个枯水年、14个平水年。其中1955—1965年组平均年径流量为8.7×108m3，较多年平均年径流量5.11×108m3高出70%；1975—1980年和1982—1990年为两个连续枯水年组，平均年径流量分别为1.56×108m3和3.22×108m3，仅为多年平均年径流量的30.5%和63.0%。

图2 B水文站天然年径流量差积曲线

由图2可知，B水文站54年径流系列中，丰、枯水基本平衡，为较完整的丰、平、枯水周期。故论证所依据之年径流系列采用B水文站1955—2008年天然年径流数据。

3.1.3 水文系列频率计算

利用B水文站天然年径流资料，采用P-Ⅲ型曲线适线方法，对B水文站1955—2008年径流系列进行频率分析计算，计算结果见图3。根据该计算结果，以面积比法推求D水库坝址来水。

图3 B水文站径流系列P-Ⅲ频率曲线

B水文站以上流域多年平均降水量为534.2 mm，其中D水库以上为530.5 mm，D水库坝址～B水文站区间（以下简称DB区间）为537.5 mm。从面雨量均值分析可以看出：B水文站以上各区间面雨量相差甚微，Cv值也较接近，并且水库以上区间略小于DB区间。从产流因素来看，D水库以上均为山区，坡度较下游大，森林植被也较好，其产流条件较下游区间优越，径流系数应比下游区间稍大。

综合分析D水库以上区间及DB区间的降雨和产流条件，可以认为，两区间年径流深所受影响一正一负，相互抵消，二者趋于相等。因此，取D水库以上区间及DB区间年径流深与B水文站年径流深一致。按此原则，以面积比法计算D水库坝址及DB区间1955—2008历年逐月径流量，其多年平均计算结果见表1。

表1 D水库坝址及DB区间多年平均年径流量计算表

根据以上计算结果，D水库坝址P=97%来水量为0.328×108m3，仍大于电厂需要的出库水量0.320×108m3，所以D水库供水能力能够满足电厂所需。采用B水文站历年天然分配系数，即可计算出D水库及DB区间的历年逐月来水过程。

3.2 兴利调节计算

3.2.1 确定水库供水水量

D水库是一座以灌溉、防洪为主，兼顾发电、养鱼等综合利用的大型水库枢纽工程。D水库供水水量主要包括灌溉用水（同时利用灌溉用水进行发电）、生态用水、供给A电厂工程的工业用水，以及蒸发、渗漏损失。

D水库原设计灌溉面积为2.87万hm2，现状水田灌溉面积为1.27万hm2左右。为A电厂一期工程供水后，水库灌溉面积减少0.4万hm2，因此，调整后的水库灌溉面积为2.48万hm2。电厂二期工程运行后，水库的灌溉面积势必在2.48万hm2基础上又有所减少。因此，应根据水库兴利调节试算结果，在满足灌溉保证率75%的条件下，确定水库为电厂供水后还能够继续灌溉水田的面积，然后根据水田灌溉毛定额和渠系水利用系数，确定水库的灌溉用水。

工业用水主要是供给A电厂的发电用水。一期和二期工程用水分别为1 100×104m3/a和2 100×104m3/a，总计3 200×104m3/a。

生态用水主要集中在1—3月，用水量为117万m3。

3.2.2 确定兴利调节原则

D水库坝址以上流域面积1 730 km2。正常蓄水位为125.35 m，相应库容3 248×108m3。校核洪水位（P=0.05%）为130.53 m，校核总库容6.146×108m3。水库为多年调节方式，调节库容为2.993×108m3。

根据D水库的坝址来水过程，按照水库供水满足灌区发展、满足电厂供水量3 200万m3以及满足环境用水的要求，进行D水库的兴利调节计算。兴利调节操作原则遵循原设计操作原则：库水位高于正常高水位或汛限水位时，水库放水；库水位落于正常高水位与调度限制线之间时，水库按灌区要求正常供水；当库水位落于调度限制线以下与死水位之间时，水库按需水量的26%供水。汛期起止时间为每年的7月1日至9月10日。

3.2.3 兴利调节计算

因D水库具有较长系列的历年逐月径流量及相应的灌溉用水量和水库水量损失资料，因此可采用时历法进行兴利调节计算。该方法以过去的水文系列作为未来的来水过程，且其中应包括不利的枯水年组。将长系列资料列成表，逐时段进行调节计算，计算时段为一个月。水库历年逐月蒸发、渗漏损失采用实测值。

采用时历法进行兴利调节计算，其中，农业灌溉保证率为75%，电厂用水保证率为97%。起调方式采用半库起调。调节方式为补偿调节，即灌溉首先利用区间来水量，不足部分由水库补给，区间累计亏水过程即为水库的供水过程。计算中采用试算法，即在满足电厂用水97%保证率的条件下，通过不断假设灌溉面积，使其最终满足75%灌溉保证率。计算中，凡是一年中有一个或一个以上时段的需水不能满足者，该年就算得不到保证。然后按经验频率公式P＝m/（n＋1）计算供水保证率（式中m为灌溉需水量获得保证的年数，n为系列总年数）。若计算出来的保证率不能符合设计保证率，则应另行假定一个灌溉面积，重新计算，直到符合为止。

表2 D水库兴利调节过程表 106 m3

根据兴利调节计算结果，D水库在满足电厂供水的同时，最大可灌溉下游灌区水田面积为1.6万hm2。计算过程参见表2。

4 结语

1）在建设项目水资源论证，尤其是取水水源论证过程中，水文计算和水利计算方法是经常要用到的重要方法。其中，水文频率分析计算多用于来水量计算，兴利调节计算多用于取水水库的供水能力计算。

2）各类建设项目千差万别，在水资源论证中所采用的水文技术方法也不会千篇一律。因此，应根据建设项目的实际情况，相应做出方法的选择和变通。