叶尔羌河山区水库联合调度可行性分析

刘 涛

（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局,新疆 乌鲁木齐 830000）

1 引言

叶尔羌河发源于喀喇昆仑山北脉冰川,流经克孜勒苏柯尔克孜自治州和喀什地区,最后进入阿克苏地区阿瓦提县,与阿克苏河汇合后注入塔里木河,河流全长1281 km。叶尔羌河是塔里木河主要源流之一,以喀群引水枢纽为界,以上为山区径流形成区,其集水面积为5.025万km2,以下为径流散失区。叶尔羌河目前已建下坂地和阿尔塔什水利枢纽两座控制性工程。根据下坂地和阿尔塔什水库已批复的废弃平原水库方案,即两座山区水库建成后通过对下游平原水库灌溉功能进行改造,开展山区水库联合调度可行性分析,研究成果为流域水资源高效利用、维护流域水安全提供重要技术支撑[1-2]。

2 山区单库承担流域综合利用任务分析

叶尔羌河主要任务是承担下泄塔里木河干流生态水量、防洪、灌溉及发电等综合利用任务。灌溉任务是在叶尔羌河流域用水总量控制指标下,结合下坂地和阿尔塔什水利枢纽工程批复文件中明确提出替代平原水库灌溉功能后的灌溉供水要求；防洪任务是通过水库的调蓄保障下游防洪保护对象防洪安全和自身防洪安全；发电任务以“电调服从水调”为基本原则,充分利用水量及水能资源优势,对当地提供电力电量支持。下泄塔里木河干流生态水量和灌溉任务是流域山区水库水量调蓄的主要任务,也是流域水资源管理的重点[3-6]。

2.1 单库承担综合利用任务方案拟定

下坂地水利枢纽工程以生态补水及春旱供水为主,结合发电,调节库容6.93亿m3。阿尔塔什水利枢纽工程任务为在保证向塔里木河干流生态供水目标的前提下,承担防洪、灌溉、发电等综合利用,调节库容12.61亿m3。水库于2010年投入运行,阿尔塔什水利枢纽工程目前已基本完工,水库蓄水至死水位以上,初步发挥水库综合利用要求。两座水库均位于叶尔羌河,其中下坂地位于支流塔什库尔干河上,坝址断面径流约占阿尔塔什坝址断面径流的16.5%,出库流量为阿尔塔什水库入库流量的一部分；阿尔塔什位于叶尔羌河干流出山口处,基本可控制叶尔羌河径流量。

考虑两座水库调蓄库容分别为6.93亿m3、12.61亿m3,库容系数分别为0.11和0.19,均可对叶尔羌河来水进行有效调蓄。为科学研究两座山区水库联合调度方式、合理拟定水库调度运行方案,本文先对下坂地和阿尔塔什是否具备独立承担流域灌溉和下泄生态水量任务能力进行分析。因此,形成两种工况：工况一,下坂地独立承担综合利用任务,假定阿尔塔什无调蓄能力；工况二：阿尔塔什独立承担综合利用任务,假定下坂地无调蓄能力。

2.2 山区单库承担综合利用任务能力分析

按照两座山区水库上下游关系,建立下坂地水库坝址断面径流叠加两库区间径流即得到阿尔塔什水库坝址断面径流的上下游径流演进关系。径流调节计算采用长系列径流时历列表法。两组工况计算成果分析如下（单库承担流域综合利用任务能力结果见表1）：

表1 单库承担流域综合利用任务能力结果

（1）工况一仅由下坂地水利枢纽承担综合利用任务时,下游灌区灌溉保证率仅为19.0%,汛期6月～9月下泄生态水量13.85亿m3,下坂地多年平均发电量4.15亿kW·h；工况二仅由阿尔塔什水利枢纽承担综合利用任务时,下游灌区灌溉保证率仅为58.6%,汛期6月～9月下泄生态水量10.69亿m3,阿尔塔什多年平均发电量20.51亿kW·h。工况二比方案一灌溉保证率提高39.6%,6月～9月下泄生态水量减少3.16亿m3。

（2）单独由下坂地或阿尔塔什承担综合利用任务,下泄生态水量可满足要求,但下游灌区灌溉保证率不能满足75%要求,阿尔塔什调蓄库容12.61亿m3比下坂地调蓄库容6.93亿m3大5.68亿m3,工况二灌溉保证率58.6%比工况一灌溉保证率19.0%高。这是由于叶尔羌河径流年内分配极为不均,6月～9月径流量占全年径流量的比例80%,其中7月、8月占全年径流量的58%,因此,需要山区水库“调丰补枯”,解决灌区缺水问题。

综上所述,单独由下坂地或阿尔塔什承担综合利用任务,均不能满足下游灌溉保证率要求。因此,需要下坂地和阿尔塔什水库联合运行,在满足下泄塔里木河下泄生态水量目标的前提下,对叶尔羌河径流进行调蓄,提高灌区灌溉保证率。

3 山区水库综合利用任务分析

下坂地水利枢纽工程位于支流塔什库尔干上,坝址断面多年平均径流量10.9亿m3,水库调节库容6.93亿m3,无排沙和防洪度汛要求,可实现对坝址断面径流量多年调节。电站装机容量150MW,保证出力35.95MW,多年平均年发电量4.644亿kW·h；阿尔塔什水利枢纽工程位于叶尔羌河干流喀群引水枢纽上游55km,坝址断面多年平均年径流量63.79亿m3,约占叶尔羌河径流量的96.6%,水库调节库容12.61亿m3,库容系数为0.19,水库控制径流大、距离灌区近,对灌区灌溉供水调蓄作用突出,作为承担灌区主要调节水库。

3.1 山区水库综合利用任务分担方案拟定

考虑到叶尔羌河径流年内分配不均,汛期水量约占到多年平均径流量的80%,作为叶尔羌河主要支流的塔什库尔干河,径流约占叶尔羌河干流径流量的16.5%,下坂地水库春灌供水运行方式,可有效增加春灌期间下泄水量；下坂地纯发电运行方式,按照保证出力发电,也会增加春灌期间下泄水量；即下坂地运行方式无论是春灌供水运行方式,均可实现对塔什库尔干河径流量的一定调蓄作用,对缓解叶尔羌河灌区缺水、提高灌区保证率均可起到一定作用。因此,当已建下坂地水库承担不同综合利用任务时,水库调度运行方式的改变将不同程度的改变叶尔羌河径流年内分配,因此对两座水库承担综合利用任务的功能定位有所不同。

考虑下坂地的运行方式不同,拟定两组运行方案,对两座水库承担流域综合利用任务分担方式进行分析计算。

方式一：下坂地春灌供水方式。根据灌区灌溉要求,先进行径流调节计算,再由阿尔塔什进行径流调节,共同满足流域灌区灌溉需求。

方式二：下坂地纯发电方式。按照纯发电工况进行调蓄,再由阿尔塔什根据来水和灌区灌溉要求进行径流调节。

3.2 结果分析

按照两座山区水库上下游径流关系,建立下坂地水库坝址断面径流叠加两库区间径流即得到阿尔塔什水库坝址断面径流的上下游径流演进关系。径流调节计算采用长系列径流时历列表法。两组运行方式计算成果分析如下（不同运行方式计算结果见表2）：

表2 下坂地水库不同运行方式下计算结果

（1）方式一：下坂地春灌供水运行方式,下坂地和阿尔塔什联合运行,下游灌区灌溉保证率达到75%；下坂地保证出力10.4 MW；电站合计多年平均年发电量26.13亿kW·h,其中,下坂地多年平均年发电量4.15亿kW·h,阿尔塔什多年平均年发电量21.98 kW·h；6月～9月下泄生态水量9.90亿m3。

（2）方式二：下坂地纯发电运行方式,下坂地和阿尔塔什联合运行,下游灌区灌溉保证率达到75%；下坂地保证出力50.5 MW；电站合计多年平均年发电量25.47 亿kW·h,其中,下坂地多年平均年发电量4.69 亿kW·h,阿尔塔什多年平均年发电量20.78 kW·h；6月～9月下泄生态水量9.79 亿m3。

（3）方式二与方式一相比,下坂地和阿尔塔什联合运行,灌溉保证率均为75%；下坂地保证出力增加40.1 MW；电站合计多年平均年发电量减少0.64亿kW·h,其中下坂地多年平均年发电量增加0.54亿kW·h、阿尔塔什多年平均年发电量少1.21亿kW·h；6月～9月下泄生态水量减少0.11亿m3。

方式二下坂地纯发电方式下,下坂地保证出力和多年平均发电量较方式一有所提高,但是下坂地和阿尔塔什合计发电量降低了0.64亿kW·h,且下泄生态水量减少0.11亿m3。从流域生态和灌溉供水综合利用角度考虑,下坂地采用方式一春灌供水运行方式与阿尔塔什联合运行,共同满足流域灌溉和下泄生态水量要求；从发电效益角度分析,下坂地采用方式一春灌供水运行方式情况下两座水库合计电量略大于下坂地纯发电的运行工况,其中下坂地采用方式一春灌供水运行方式情况下下坂地电量较大,可充分发挥多年调节水库发电调节功能,对电力系统相对较优；从运行管理角度分析,两座山区水库改变调度运行方式存在对不同业主间的电量补偿,补偿协调难度大。

综上所述,通过对下坂地和阿尔塔什两座山区水库综合利用任务分摊方案的对比分析,下坂地水库采用春灌供水运行方案,符合下坂地前期设计阶段批复的任务要求、符合下坂地水利枢纽工程水库调度规程的要求；通过与下坂地纯发电的设计工况进行对比分析,下坂地水库采用春灌供水运行方案能够满足下泄塔里木河生态水量的下泄要求、灌溉设计保证率供水要求,同时两座山区水库多年平均年发电量大于下坂地纯发电的设计工况。

4 结论

（1）单独由下坂地或阿尔塔什水库承担叶尔羌河综合利用任务,下泄生态水量可满足要求,但灌区灌溉保证率不能满足75%要求,因此需要两座山区水库联合调度“调丰补枯”,解决下游灌区缺水问题。

（2）下坂地水库采用春灌供水运行方案能够满足下泄塔里木河干流生态水量下泄、灌溉设计保证率供水要求,同时下坂地与阿尔塔什水库联合调度多年平均年发电量大于下坂地纯发电的设计工况。