新疆开都河山区水电梯级综合调度探讨

刘建军

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 引 言

开都河发源于天山南坡，流经和静、焉耆、博湖三县，最终注入博斯腾湖。拥有丰富的水资源及水能资源，是流域300万亩灌区的主要水源，同时蕴藏着1420MW水能资源。目前山区河段已建梯级电站7座，总装机容量781MW，其中4座具有调节能力，总调节库容8376万m3，可向电网提供清洁的电力能源，为当地社会经济发展保驾护航。

伴随着开都河山区河段水电梯级的逐步建成投产，水库调节能力增强，对天然径流调蓄能力增加。水电梯级运行按照电网调峰运行的要求，随电网电力系统负荷变化频繁调峰，造成各梯级水电站日内下泄流量不稳定，负荷低谷时，甚至长时间无水下泄，负荷高峰时，又出现大流量下泄。开都河拦河引水枢纽断面来水流量忽大忽小，给灌区正常引水造成困难，同时也给下游灌区防洪造成压力。

本文针对开都河山区水电梯级运行与下游灌区引水不协调，开展开都河山区水电梯级综合调度研究，提出流域“水调”的要求，为“电调”运行提供依据，从而实现流域水资源和水能资源之间“电调服从水调”和“水调支持电调”的和谐局面，这对指导开都河流域水电梯级科学运行具有重要的现实意义。

2 水电梯级调度对径流过程影响分析

开都河干流已建的“1库7级”梯级水电站中具有调节能力的水库有察汗乌苏(调节库容0.724亿m3)、柳树沟(调节库容0.037亿m3)、大山口(调节库容0.04亿m3)和小山口水电站(调节库容0.071亿m3)，其中具有不完全年调节能力、能够对年内径流时空分布产生影响的只有察汗乌苏水电站，因此，在分析梯级水电站调度对年内径流分配的影响时，仅针对察汗乌苏水电站。

2.1 水电梯级调度对年内径流过程的影响分析

察汗乌苏水电站坝址断面多年平均年径流量为33.75亿m3，6、7、8月三个月是丰水期，径流量占全年径流量的44.78%，1、2、12月为枯水期，径流量占全年径流量的11.53%。

根据察汗乌苏水库1956—2007年共52年径流系列资料及水库的特征库容参数进行长系列径流调节计算分析。经水库调蓄后，坝址断面多年平均年径流量为33.46亿m3，出库断面径流量减少主要是由于水库蒸发渗漏损失，其水库的入库和出库过程见图1。

图1 察汗乌苏水电站入库与出库流量对比

从径流年内分配过程来看，枯水期1、2、3月径流量有所增加，径流量由天然的3.76亿m3增加至水库调蓄后的3.85亿m3，增加2.3%，增加幅度不大；4至5月中旬(4月5日—5月20日)的春灌时期出库流量有所减少，径流量由天然的5.06亿m3减少至4.85亿m3，减少4.2%，由于察汗乌苏水库的调蓄作用，水库的下泄水量小于天然来水，对开都河流域灌区的春灌供水造成潜在不利影响。10月中旬至11月上旬(10月20日—11月10日)的冬灌时期出库水量有所减少，由天然径流量的2.10亿m3减少至出库水量的2.08亿m3，减少0.7%，由于察汗乌苏水库的调蓄作用，水库的下泄水量较建库前有所变化，受水库调蓄能力的限制，总体变化不大。

对比察汗乌苏水电站的出库过程与下游灌区用水需求，在52年径流系列中，破坏年份有44年，破坏年份较多，但供水破坏深度大部分不大，年供水量最少出现在枯水年1986年，为10.52亿m3，供水满足程度为90.7%，其他年份的供水满足程度均在92%以上，供水破坏深度较小。由长系列径流调节计算分析可知，由于察汗乌苏水库的调蓄能力有限，其调度运行对年内径流过程的改变程度不大。

2.2 水电梯级调度对日内径流过程的影响分析

开都河灌区电调和水调之间的主要矛盾期为春灌和冬灌期，春灌期典型日4月21日干流各梯级水电站的实际出库流量与下游灌区实际需水流量对比见图2，冬灌期典型日10月2日的对比见图3。

图2 春灌期典型日(4月21日)各水电站下泄流量与灌区需水流量对比

图3 冬灌期典型日(10月2日)各水电站下泄流量与灌区需水流量对比

由春灌期和冬灌期典型日的出库流量和下游灌区需水流量对比可知：

a.四座具有调节能力的梯级水电站在电网中均承担调峰任务，根据电网负荷要求调度运行，下泄流量不均匀，忽大忽小，甚至出现断流，给下游灌区引水造成困难，尤其在4月至5月上旬的春灌和10月下旬至11月上旬的冬灌，梯级水电站运行与灌区用水之间的矛盾尤为突出。

b.察汗乌苏水电站调峰能力最大，日内出力变幅最大，下泄流量极不均匀，给下游梯级水电站的运行、灌区引水和防洪安全带来困难。

c.4月灌区开始春灌用水，天然来水较小，梯级水电站运行与灌区用水开始产生矛盾，从4月下旬的春灌开始两者之间矛盾逐步凸显。

d.10月下旬至11月上旬开都河流域灌区农业灌溉用水进入冬灌期，此时开都河天然来水逐渐减少，梯级水电站的调峰运行与开都河流域灌区冬灌用水矛盾较为突出。

从开都河径流资料和开都河流域灌区用水量来看，水量能够满足下游灌区需水要求，造成下游灌区引水困难的是梯级水电站在电网中调峰运行，日内下泄流量极为不均，忽大忽小的下泄流量给下游灌区的引水造成困难，甚至出现河道断流现象，因此迫切需要开都河已建各梯级水电站统一调度，协调电站下泄流量与下游灌区用水之间的矛盾。

3 水电梯级综合调度方案拟定和分析

3.1 梯级综合调度方案拟定

结合上述已建水电站梯级布置情况、水库对径流年内和日内径流过程影响的分析成果以及已建梯级电站调度存在的主要问题，以满足下游灌区引水量下泄要求为目标，拟定两组梯级电站综合调度方案。

方案一：依据“电调服从水调”原则，各梯级水电站部分容量在电网的基荷运行。

根据下游灌区的用水需求，安排各梯级水电站的部分机组在电网的基荷运行，依据下游灌区的需水要求结合供水进行发电，各梯级电站均承担下泄供水任务。

方案二：依据“水调支持电调”原则，最末梯级小山口水电站承担上游各梯级反调节任务。

小山口水电站是开都河干流最后一级具有调节能力的水电站，调节库容706万m3，满足承担上游梯级水电站反调节任务所需要的调节库容。上游各梯级水电站可根据电网的负荷需求运行，下泄不均匀的流量，在小山口水电站考虑发电反调节功能，利用调节库容对不均匀的来水进行调蓄，以满足下游灌区用水要求。

3.2 梯级综合调度方案效果分析

对比分析为解决“电调”与“水调”之间的矛盾而拟定的综合调度方案，综合评价两组方案的优缺点，推荐合理的调度运行方案。

3.2.1 方案一调度实施方案评价

a.优点：ⓐ各梯级水电站均承担下游灌区的供水任务，部分机组安排在电网的基荷运行，将下泄流量的责任分摊给各梯级水电站，责任明确，便于监督管理；ⓑ各梯级水电站根据下游灌区灌溉用水的要求，结合下游灌区用水进行发电，实现“电调服从水调”的调度要求，灌区用水有保证。

b.缺点：ⓐ各梯级水电站的部分装机容量始终在电力系统基荷运行，可用于调峰的容量减小，电站整体负荷调节速度和负荷波动幅度降低，电站调度运行不够灵活；ⓑ梯级水电站在电网基荷运行时，会因出力过小而造成机组运行不稳，机组振动，给水电站的安全运行带来潜在隐患。

3.2.2 方案二调度实施方案评价

a.优点：ⓐ充分发挥了察汗乌苏、柳树沟和大山口水电站的调峰能力，为稳定安全的电网运行提供调峰、调频和事故备用电源点；ⓑ上游察汗乌苏、柳树沟和大山口三级水电站的调度运行可根据电网的负荷要求进行调度，在满足“水调”要求的情况下，较大程度满足“电调”要求；ⓒ小山口水电站承担上游各梯级调峰运行的反调节任务，按下游灌区用水要求，结合供水进行发电，满足“水调”要求，对“电调”要求适应较差，虽然影响了小山口梯级发电调峰效益，但该方案符合“电调服从水调，水调支持电调”的原则，各梯级水电站运行较灵活。

b.方案缺点：ⓐ小山口水电站被赋予新的任务，部分发电库容用于调节上游来水，发电额定水头有所降低，发电量减少，给小山口水电站带来部分经济损失；ⓑ小山口水电站隶属新华公司，供电范围为巴州电网，和上游各梯级水电站属不同管理单位和供电电网，对于该运行方案带来的经济损失，需各梯级水电站管理单位或电网酌情协商补偿。

由以上两种调度实施方案的分析评价可知，加强流域各梯级水电站的统一管理和统一调度，可以从管理上解决方案二的运行问题。目前塔里木河流域管理局作为流域机构的管理单位，可以实现流域水资源管理的统一调配，因此，推荐采用方案二，即小山口水电站承担上游各梯级水电站的反调节任务，将上游梯级水电站下泄水量调节均匀，使下泄满足下游灌区的用水要求。

4 结 论

随着河流山区河段水能资源的不断开发，逐步形成了一条河流多座水电站梯级布置的格局，梯级水电站对天然径流进行调蓄，改变了天然径流过程。由于各水电站隶属不同管理单位和不同的供电范围，各自为政，造成“电调”和“水调”之间的用水矛盾。本文通过分析水电各梯级实际运行数据，揭示“水调”和“电调”之间矛盾的根源，进行开都河山区水电梯级综合调度研究，提出流域“水调”的要求，为“电调”运行提供依据，以实现流域水资源和水能资源之间“电调服从水调”和“水调支持电调”的和谐局面，这对于开都河流域水电梯级科学运行具有重要的现实意义，也可为其他流域解决类似问题提供科学经验。