贛江流域水能資源開發規劃梯級調度措施的初探

程 華，張 冬

(1.江西省水利規劃設計研究院，江西 南昌 330029；2.江西省水工結構工程技術研究中心，江西 南昌 330029)

贛江是江西省第一大河流，縱貫江西南北，亦為長江八大支流之一，發源于石城縣洋地鄉石寮崠，于永修縣吳城鎮望江亭匯入鄱陽湖，主河道長823km，南昌外洲水文站斷面以上流域面積80948km2，其中省內面積79666km2，約占全省國土面積的47.7%，外省面積1282km2。流域多年平均降雨量為1576.6mm，水資源總量為702.89億m3；干流通航里程606km[1]。流域內設雨量站623個，水位站28個，水文站71個。

贛江流域水能資源豐富，水能理論蘊藏量為3607.8MW(316.04億kW·h)，占全省水能資源蘊藏量的52.7%。贛江流域中小河流水能資源開發規劃涉及226條主要河流。規劃范圍內現已開發電站共1592座，總裝機容量1063.67MW，多年平均年發電量36.42億kW·h；規劃電站242座，總裝機容量273.20MW，年發電量9.01億kW·h。

贛江流域水能資源開發規劃中提出的非工程措施主要內容包括梯級聯合調度、監控、管理等。流域梯級調度，圍繞流域梯級小水電站聯合調度需求，搜集流域的經濟社會、氣象水文、水電站等資料，分析流域現狀水電站調度中存在的問題，明確水電站群聯合調度的需求、對象和目標；通過水庫群聯合調度理論研究，提出復雜梯級水電站多目標優化調度方法并構建調度模型[2]；選取典型年歷史水雨情資料，開展流域不同水平年水電站群聯合調度模擬，對比不同調度模式下水電站群聯合調度的綜合效益差異[3]；研究制定流域梯級水電站群興利和防洪等方面的調度管理方案及相應的保障措施，以期發揮梯級小水電站的綜合利用效益，為實現流域綜合管理和水資源綜合利用的目標提供有力的實踐指導[4]。

1 梯級調度的原則與任務

1.1 流域梯級調度主要遵循的原則

(1)以人為本的原則。

(2)人與自然和諧、建立資源節約環境友好型社會的原則。

(3)水資源綜合利用、合理開發的原則。

1.2 流域梯級調度的主要任務

(1)優化流域水電站防洪、供水、發電等綜合效益。研究制定聯合調度方案，改善目前各水電站各自為政的現狀，最大限度地提高流域梯級水電站的庫容潛力，有效提高流域整體防洪減災能力和水資源綜合利用效率[5]。

(2)提高流域水電站抗旱應急能力。為應對近年來江西省旱情頻發情況，水利部門除了運用大型水庫外，農村水電站很自然成了重要的水源保障，積極發揮各級流域梯級水電站群抗旱供水潛力，制定合理的抗旱調度預案[6]。

(3)強化流域水電站生態基流保障。按照江西省建設農村綠色水電的要求，積極發揮水電站徑流調節作用，緩解水電開發帶來的生態問題，尤其是農村水電開發引起河道斷流帶來的河流生態問題。

(4)提升流域水污染突發事件處置水平。近年來各地相繼發生嚴重的河湖流域水污染突發事故，在特定區域、特定時間發生的突發事件可充分發揮有關水電站(群)水量應急處置水平，確保將事件影響范圍和程度降到最低[7]。

2 梯級調度保障措施

為順利推進水電站群聯合調度工作，促進流域水資源綜合高效利用，保障流域生態安全和水電事業持續健康發展，需圍繞國家生態文明及水安全保障戰略，結合“民生水電、平安水電、綠色水電、和諧水電”要求，需加強綜合管理措施，不斷提高流域綜合管理水平。

2.1 建立組織機構

流域梯級水電站聯合調度管理模式是我國流域水電開發和電力體制改革發展下的必然趨勢，它改變了企業內部傳統的生產管理體系。流域梯級水電站群聯合調度的實現，要求流域梯級水電站群設置唯一的流域調度機構，對外統一接受有關部門的調度指令，對內負責梯級的防洪、發電、供水等綜合運用的統一調度等。

2.2 加強規劃引導

因缺乏統一規劃且水電群建設年代不同，受建設條件限制，同一河流上下游水電站發電流量不完全匹配，很難避免棄水問題。以往流域內水電站建設也很少考慮生態、供水等綜合利用需求，缺乏相應的體制機制保障，導致流域內生態問題、爭水事件時有發生。各電站之間因主體不一、建設管理水平參差不齊，存在各自為戰、缺乏溝通與協調的問題，也造成了流域水能資源利用的低效和浪費[8]。

對于流域內新建、改建及擴建梯級水電站，應嚴格按照流域水能利用規劃要求，積極參與流域梯級調度管理，接受流域統一調度，將防汛、生態、供水、灌溉等綜合利用需求納入目標管理；對于流域內已有梯級水電站群，也應按照規劃要求，籌劃組建流域梯級管理機構，逐步提升流域統一調度能力，提高梯級整體水能利用效益及水資源綜合利用水平。

2.3 完善體制機制

為順利推進梯級聯合調度工作，應建立并逐步完善管理體制與相關配套機制，以利于發揮各調度主體的積極主動性，提高流域整體管理水平。

體制方面，需要構建各級各部門、各利益主體的協調平臺及相應機制。梯級水電站群涉及流域上下多個地方政府和行業部門，其調度管理是一項極為復雜的系統工作。完善的管理體制及管理辦法是實現梯級水電站聯合調度系統的高效安全運行的重要保證。聯合調度管理成功的關鍵在于協調，包括水調與電調，各投資主體的協調等。需平衡各方利益，調動各方面的積極性，從而保證聯合調度方案的順利實施。

機制方面，需要建立梯級水電站群聯合調度的利益分配機制及生態供水補償機制。聯合調度系統運行是以全局利益來考慮的，其中為了追求整體效益的最優化，可能會影響個別水電站的固有利益[9]。因此，聯合調度必然會涉及到各方利益的協調，應對聯合調度增加的綜合效益進行合理的分配，充分體現“風險共擔、利益共享”的良性合作理念。

梯級聯合調度在有效提高流域整體發電效益的同時，還需承擔生態和供水等的保障任務。梯級水電站群的生態調度是維持河流健康、保護生態環境的有效途徑之一，而保障供水等需水要求也是各電站應承擔的社會責任，也與國家要求“把‘維護和促進河流生態’與‘惠及民生’作為農村水電發展的核心理念”相吻合。在實施生態及應急供水等調度時，不可避免會影響到部分發電效益。因此，應根據梯級調度效益評價及實施生態供水調度后發電效益損失評估情況，制定流域生態供水補償標準及相應的保障機制，便于推動聯合調度的順利實施。

2.4 強化技術支撐

梯級水電站聯合調度，是一個涉及自然科學、工程技術、經濟政策和管理法規等多領域、多專業的復雜巨系統[10]。要實現梯級水電站多目標、多任務、多尺度的聯合調度，需要強有力的科技支撐。

要實現流域梯級電站的水電聯合優化調度管理，先進的自動化設備是基礎。梯級聯合調度綜合自動化系統(監控系統)、水情測報系統、水調自動化系統和通信系統四大系統是實現“流域統一調度”的關鍵子系統。目前國內外在這些方面技術已經相當發達，為流域梯級水電站聯合運行的實施提供了可靠的技術保障。

梯級水電站聯合調度決策支持系統及仿真技術在調度管理中也有著不可替代的作用。決策支持系統在現代化的水庫運行調度中發揮的作用越來越大，已經成為水庫運行調度管理的一個重要工具。此外，還應建立與梯級聯合調度體系相匹配的人才隊伍。通過對電調、水調技術人員進行交叉業務培訓，整合內部資源，并積極引進高層次人才等綜合措施，加強隊伍建設，培養一批對水調、電調業務都精通的復合人才，完成水庫調度和發電調度的融合，從而為實現梯級水電聯合調度統一管理提供堅實的人才保障。

表1 典型年社上水庫調度結果對比表

表2 社上水庫長系列調度成果對比表

表3 典型年東谷水庫調度結果對比表

表4 東谷水庫長系列調度成果對比表

2.5 推進法規建設

國內在梯級水電站群聯合調度管理方面，尚缺乏有針對性的、可操作性強的法律條文。在促進梯級水電站向聯合調度發展方面，2007年8月國家發改委、環保總局、電監會、能源辦制定了《節能發電調度辦法(試行)》，規定雖然要求流域梯級水電站應積極開展水庫優化調度和水庫群的優化調度，合理運用水庫蓄水，但是沒有提出針對性的政策措施。考慮到梯級水電站群調度涉及面廣、實施需考慮的因素復雜，有必要出臺配套的法律法規和政策措施，明確聯合調度的管理主體及其責任、權利和義務，保障聯合調度系統運行與管理的依法、有序進行，以及確保具有公益性調度行為能得到有效實施，明確供水、生態、應急等用水需求優先地位。

3 梯級調度典型案例

針對贛江流域中小河流梯級電站，開展梯級農村水電站聯合調度，結合生態流量、綠色發電，建立考慮生態效益的聯合運行模式，是解決當前小電站管理問題的重要手段之一，對于流域綜合管理和水資源綜合利用具有重要的現實意義。

下面選取贛江二級支流瀘水河(安福縣境內)作為試點流域開展梯級聯合調度案例分析[11]。

3.1 單庫優化調度

以社上(干流)、東谷(支流)兩座龍頭水庫作為重點研究對象，分別進行了典型年及長系列的單庫常規興利調度與優化興利調度對比分析。社上水庫調度成果見表1—2，東谷水庫調度成果見表3—4。

據表1可知，典型年社上水庫電站發電量，實際運行為2933.5萬kW·h，常規調度為2593.8萬kW·h，優化調度為3100萬kW·h；耗水率，實際運行為16m3/(kW·h)，常規調度為14.7m3/(kW·h)，優化調度為13.8m3/(kW·h)。由此可看出，典型年來水情況下，優化調度會明顯增加社上水庫電站發電量、減小耗水率，且無棄水。

表5 瀘水流域水庫(電站)群調度成果對比表 單位：萬kW·h

據表2可知，水庫優化調度與常規調度相比，以月為時段，多年平均發電量增加6.8%、耗水率減少4.5%、棄水量減少25%；以旬為時段，多年平均發電量增加10.7%、耗水率減少4.5%、棄水量減少57%。

據表3可知，典型年東谷水庫電站發電量，實際運行為4589.2萬kW·h，常規調度為5314.5萬kW·h；耗水率，實際運行為8.7m3/(kW·h)，常規調度為8.1m3/(kW·h)。

據表4可知，水庫優化調度與常規調度相比，以月為時段，多年平均發電量增加8.9%、耗水率減少10.7%；以旬為時段，多年平均發電量增加9.9%、耗水率減少10.7%。

綜上，在水庫實行優化調度后，以月或旬為計算時段，多年平均發電量均明顯增加，耗水率明顯下降。

3.2 水庫(電站)群優化調度

在單庫優化調度的基礎上，以社上和東固兩座水庫為龍頭水庫，對瀘水河水庫(電站)群聯合興利進行了調度分析，水庫(電站)群聯合調度成果見表5。

由表5可知，與常規調度相比，優化調度后多年平均發電量增加約13.6%(以月為計算時段)和15.6%(以旬為計算時段)。

3.3 典型河段調度成果分析

分別采用Tennant法、最小月平均流量法、逐月平均流量保證率法和90%最枯月徑流保證率法等四種方法計算了河道生態需水量，經對比分析后，推薦采用逐月平均流量保證率法計算社上、東谷水庫壩下河道生態需水量。

分析認為，該計算法根據月徑流變化特性，給每個月提供一個流量值，更符合河道天然流量過程。社上、東谷兩水庫月平均流量保證率法得到的年平均生態流量分別約占控制斷面年平均流量的43%、45%；同時在豐水期4—6月，生態流量占多年平均徑流量的75%～90%，最枯時期的10—1月，占多年平均徑流量的15%～20%左右。

水庫據此優化調度后，生態流量達到Tennant法中好等級的生境質量所要求的水量；且同時考慮了河流流量的季節性變化，豐水期的生態流量大，枯水期的生態流量少，較好協調了河道生態需水量與經濟需水的關系。

單庫優化調度后，多年平均發電量增加6.8%～10.7%，耗水率減少4.5%～10.7%；流域水庫(電站)群聯合優化調度后，流域多年平均發電量增加13.6%～15.6%。

綜上所述，水庫(電站)優化調度后，能明顯增加興利效益，且可保障下游生態需水，提高生境質量；實施流域水庫(電站)群聯合優化調度后，興利效益將增加更多。

4 結語

黨的十九大報告提出要加快生態文明體制改革，建設美麗中國。近年來，國家將生態文明建設納入全面深化改革任務的重要任務之一，水利部也在大力推進水生態文明建設，提出建設“民生水電、平安水電、綠色水電、和諧水電”，要求把“維護和促進河流生態”與“惠及民生”作為農村水電發展的核心理念。針對中小河流梯級電站，開展梯級農村水電站聯合調度，結合生態流量、綠色發電，建立考慮生態效益的聯合運行模式，是解決當前小電站管理問題的重要手段之一，對于贛江流域綜合管理和水資源綜合利用具有重要的現實意義。