葉爾羌河山區水庫聯合調度可行性分析

劉 濤

（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局,新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

葉爾羌河發源于喀喇昆侖山北脈冰川,流經克孜勒蘇柯爾克孜自治州和喀什地區,最后進入阿克蘇地區阿瓦提縣,與阿克蘇河匯合后注入塔里木河,河流全長1281 km。葉爾羌河是塔里木河主要源流之一,以喀群引水樞紐為界,以上為山區徑流形成區,其集水面積為5.025萬km2,以下為徑流散失區。葉爾羌河目前已建下坂地和阿爾塔什水利樞紐兩座控制性工程。根據下坂地和阿爾塔什水庫已批復的廢棄平原水庫方案,即兩座山區水庫建成后通過對下游平原水庫灌溉功能進行改造,開展山區水庫聯合調度可行性分析,研究成果為流域水資源高效利用、維護流域水安全提供重要技術支撐[1-2]。

2 山區單庫承擔流域綜合利用任務分析

葉爾羌河主要任務是承擔下泄塔里木河干流生態水量、防洪、灌溉及發電等綜合利用任務。灌溉任務是在葉爾羌河流域用水總量控制指標下,結合下坂地和阿爾塔什水利樞紐工程批復文件中明確提出替代平原水庫灌溉功能后的灌溉供水要求；防洪任務是通過水庫的調蓄保障下游防洪保護對象防洪安全和自身防洪安全；發電任務以“電調服從水調”為基本原則,充分利用水量及水能資源優勢,對當地提供電力電量支持。下泄塔里木河干流生態水量和灌溉任務是流域山區水庫水量調蓄的主要任務,也是流域水資源管理的重點[3-6]。

2.1 單庫承擔綜合利用任務方案擬定

下坂地水利樞紐工程以生態補水及春旱供水為主,結合發電,調節庫容6.93億m3。阿爾塔什水利樞紐工程任務為在保證向塔里木河干流生態供水目標的前提下,承擔防洪、灌溉、發電等綜合利用,調節庫容12.61億m3。水庫于2010年投入運行,阿爾塔什水利樞紐工程目前已基本完工,水庫蓄水至死水位以上,初步發揮水庫綜合利用要求。兩座水庫均位于葉爾羌河,其中下坂地位于支流塔什庫爾干河上,壩址斷面徑流約占阿爾塔什壩址斷面徑流的16.5%,出庫流量為阿爾塔什水庫入庫流量的一部分；阿爾塔什位于葉爾羌河干流出山口處,基本可控制葉爾羌河徑流量。

考慮兩座水庫調蓄庫容分別為6.93億m3、12.61億m3,庫容系數分別為0.11和0.19,均可對葉爾羌河來水進行有效調蓄。為科學研究兩座山區水庫聯合調度方式、合理擬定水庫調度運行方案,本文先對下坂地和阿爾塔什是否具備獨立承擔流域灌溉和下泄生態水量任務能力進行分析。因此,形成兩種工況：工況一,下坂地獨立承擔綜合利用任務,假定阿爾塔什無調蓄能力；工況二：阿爾塔什獨立承擔綜合利用任務,假定下坂地無調蓄能力。

2.2 山區單庫承擔綜合利用任務能力分析

按照兩座山區水庫上下游關系,建立下坂地水庫壩址斷面徑流疊加兩庫區間徑流即得到阿爾塔什水庫壩址斷面徑流的上下游徑流演進關系。徑流調節計算采用長系列徑流時歷列表法。兩組工況計算成果分析如下（單庫承擔流域綜合利用任務能力結果見表1）：

表1 單庫承擔流域綜合利用任務能力結果

（1）工況一僅由下坂地水利樞紐承擔綜合利用任務時,下游灌區灌溉保證率僅為19.0%,汛期6月～9月下泄生態水量13.85億m3,下坂地多年平均發電量4.15億kW·h；工況二僅由阿爾塔什水利樞紐承擔綜合利用任務時,下游灌區灌溉保證率僅為58.6%,汛期6月～9月下泄生態水量10.69億m3,阿爾塔什多年平均發電量20.51億kW·h。工況二比方案一灌溉保證率提高39.6%,6月～9月下泄生態水量減少3.16億m3。

（2）單獨由下坂地或阿爾塔什承擔綜合利用任務,下泄生態水量可滿足要求,但下游灌區灌溉保證率不能滿足75%要求,阿爾塔什調蓄庫容12.61億m3比下坂地調蓄庫容6.93億m3大5.68億m3,工況二灌溉保證率58.6%比工況一灌溉保證率19.0%高。這是由于葉爾羌河徑流年內分配極為不均,6月～9月徑流量占全年徑流量的比例80%,其中7月、8月占全年徑流量的58%,因此,需要山區水庫“調豐補枯”,解決灌區缺水問題。

綜上所述,單獨由下坂地或阿爾塔什承擔綜合利用任務,均不能滿足下游灌溉保證率要求。因此,需要下坂地和阿爾塔什水庫聯合運行,在滿足下泄塔里木河下泄生態水量目標的前提下,對葉爾羌河徑流進行調蓄,提高灌區灌溉保證率。

3 山區水庫綜合利用任務分析

下坂地水利樞紐工程位于支流塔什庫爾干上,壩址斷面多年平均徑流量10.9億m3,水庫調節庫容6.93億m3,無排沙和防洪度汛要求,可實現對壩址斷面徑流量多年調節。電站裝機容量150MW,保證出力35.95MW,多年平均年發電量4.644億kW·h；阿爾塔什水利樞紐工程位于葉爾羌河干流喀群引水樞紐上游55km,壩址斷面多年平均年徑流量63.79億m3,約占葉爾羌河徑流量的96.6%,水庫調節庫容12.61億m3,庫容系數為0.19,水庫控制徑流大、距離灌區近,對灌區灌溉供水調蓄作用突出,作為承擔灌區主要調節水庫。

3.1 山區水庫綜合利用任務分擔方案擬定

考慮到葉爾羌河徑流年內分配不均,汛期水量約占到多年平均徑流量的80%,作為葉爾羌河主要支流的塔什庫爾干河,徑流約占葉爾羌河干流徑流量的16.5%,下坂地水庫春灌供水運行方式,可有效增加春灌期間下泄水量；下坂地純發電運行方式,按照保證出力發電,也會增加春灌期間下泄水量；即下坂地運行方式無論是春灌供水運行方式,均可實現對塔什庫爾干河徑流量的一定調蓄作用,對緩解葉爾羌河灌區缺水、提高灌區保證率均可起到一定作用。因此,當已建下坂地水庫承擔不同綜合利用任務時,水庫調度運行方式的改變將不同程度的改變葉爾羌河徑流年內分配,因此對兩座水庫承擔綜合利用任務的功能定位有所不同。

考慮下坂地的運行方式不同,擬定兩組運行方案,對兩座水庫承擔流域綜合利用任務分擔方式進行分析計算。

方式一：下坂地春灌供水方式。根據灌區灌溉要求,先進行徑流調節計算,再由阿爾塔什進行徑流調節,共同滿足流域灌區灌溉需求。

方式二：下坂地純發電方式。按照純發電工況進行調蓄,再由阿爾塔什根據來水和灌區灌溉要求進行徑流調節。

3.2 結果分析

按照兩座山區水庫上下游徑流關系,建立下坂地水庫壩址斷面徑流疊加兩庫區間徑流即得到阿爾塔什水庫壩址斷面徑流的上下游徑流演進關系。徑流調節計算采用長系列徑流時歷列表法。兩組運行方式計算成果分析如下（不同運行方式計算結果見表2）：

表2 下坂地水庫不同運行方式下計算結果

（1）方式一：下坂地春灌供水運行方式,下坂地和阿爾塔什聯合運行,下游灌區灌溉保證率達到75%；下坂地保證出力10.4 MW；電站合計多年平均年發電量26.13億kW·h,其中,下坂地多年平均年發電量4.15億kW·h,阿爾塔什多年平均年發電量21.98 kW·h；6月～9月下泄生態水量9.90億m3。

（2）方式二：下坂地純發電運行方式,下坂地和阿爾塔什聯合運行,下游灌區灌溉保證率達到75%；下坂地保證出力50.5 MW；電站合計多年平均年發電量25.47 億kW·h,其中,下坂地多年平均年發電量4.69 億kW·h,阿爾塔什多年平均年發電量20.78 kW·h；6月～9月下泄生態水量9.79 億m3。

（3）方式二與方式一相比,下坂地和阿爾塔什聯合運行,灌溉保證率均為75%；下坂地保證出力增加40.1 MW；電站合計多年平均年發電量減少0.64億kW·h,其中下坂地多年平均年發電量增加0.54億kW·h、阿爾塔什多年平均年發電量少1.21億kW·h；6月～9月下泄生態水量減少0.11億m3。

方式二下坂地純發電方式下,下坂地保證出力和多年平均發電量較方式一有所提高,但是下坂地和阿爾塔什合計發電量降低了0.64億kW·h,且下泄生態水量減少0.11億m3。從流域生態和灌溉供水綜合利用角度考慮,下坂地采用方式一春灌供水運行方式與阿爾塔什聯合運行,共同滿足流域灌溉和下泄生態水量要求；從發電效益角度分析,下坂地采用方式一春灌供水運行方式情況下兩座水庫合計電量略大于下坂地純發電的運行工況,其中下坂地采用方式一春灌供水運行方式情況下下坂地電量較大,可充分發揮多年調節水庫發電調節功能,對電力系統相對較優；從運行管理角度分析,兩座山區水庫改變調度運行方式存在對不同業主間的電量補償,補償協調難度大。

綜上所述,通過對下坂地和阿爾塔什兩座山區水庫綜合利用任務分攤方案的對比分析,下坂地水庫采用春灌供水運行方案,符合下坂地前期設計階段批復的任務要求、符合下坂地水利樞紐工程水庫調度規程的要求；通過與下坂地純發電的設計工況進行對比分析,下坂地水庫采用春灌供水運行方案能夠滿足下泄塔里木河生態水量的下泄要求、灌溉設計保證率供水要求,同時兩座山區水庫多年平均年發電量大于下坂地純發電的設計工況。

4 結論

（1）單獨由下坂地或阿爾塔什水庫承擔葉爾羌河綜合利用任務,下泄生態水量可滿足要求,但灌區灌溉保證率不能滿足75%要求,因此需要兩座山區水庫聯合調度“調豐補枯”,解決下游灌區缺水問題。

（2）下坂地水庫采用春灌供水運行方案能夠滿足下泄塔里木河干流生態水量下泄、灌溉設計保證率供水要求,同時下坂地與阿爾塔什水庫聯合調度多年平均年發電量大于下坂地純發電的設計工況。