试论大柳树水利枢纽建设的必要性(2)
在汛期初期,水库需调节水位至防洪限制水位,到汛末水库可蓄水至正常蓄水位。V末减V初可得到汛期水库蓄水量W蓄,由于防洪限制水位高于死水位,因此W蓄值小于等于水库的有效库容。不考虑水库损失水量,式(1)可改写为
式中:W蓄为水库蓄水量;W有效库容为水库的有效库容。
由式(2)可知:在汛期,若某段区域W用、W蓄不变,来水量越大,则弃水量就越多,而W蓄越大则能减小弃水量;在非汛期,W来较小,而W用较大,则需要水库供水,水库供水量受W蓄限制且小于W有效库容;在凌汛期,水库需控制W弃,同时W用较小,区间来水量及上游下泄水量需要水库蓄水,如果W蓄容量不足,则可能导致W弃过大,凌汛期存在安全隐患。因此,无论是汛期或非汛期凌汛期,W蓄容量较小,都会导致弃水或者供水不足或者弃水下泄过多的问题。
对比流域水资源量和有效库容分布(见图2,数据来源于《黄河水资源公报》)可知,到2016年年底黄河流域骨干水库累计有效库容为336.60亿m3,小于流域总年均水资源量。从各段来看,龙羊峡以上段水资源量最大,为197.94亿m3;龙羊峡—兰州段水资源量第二,为133.44 m3;龙门—三门峡段水资源量第三,为116.48亿m3;兰州—河口镇段水资源量为负值,其耗水主要依靠上游来水。在汛期,假设龙羊峡以上来水全部拦蓄在龙羊峡水库不下泄,龙羊峡—河口镇段汛期全部来水为69.32亿 m3(2003—2016年),而统计龙羊峡多年汛期下水量为70.11亿m3(2003—2016年),则汛期该段来水 139.43 亿 m3,耗水量为 56.70 亿 m3(见表2),而该段有效库容51.82亿m3,假如水库汛期蓄水量最大达到有效库容值,则汛期该段平均弃水量为30.90亿m3。而一般情况下水库蓄水量是小于有效库容的,则汛期平均弃水量将更大,因此现有有效库容无法满足其调控需求。同理,河口镇—龙门段汛期来水量为20.51亿m3,也存在有效库容不足的问题。龙门以下段由于三门峡有效库容未考虑,因此暂不计算。
图2 黄河各河段水资源量(2004—2016年)、用水量(2003—2016年)及有效库容分布
表2 多年平均黄河流域分区用水量、有效库容与水资源量2003—2016年用水量 黄河干流与主要支流己建大中型水库2004—2016年水资源量河段(不含内流区)总量/亿m3 占比/%有效库容/亿m3 占比/%总量/亿m3 占比/%龙羊峡以上 2.02 0.54 193.5 57.57 197.94 33.92龙羊峡—兰州 27.99 7.55 51.82 15.42 133.44 22.87兰州—河口镇 151.76 40.93 5.19 1.54 -0.14 -0.02河口镇—龙门 10.43 2.81 6.96 2.07 49.67 8.51龙门—三门峡 51.23 13.82 8.01 2.38 116.48 19.96三门峡—花园口 20.53 5.54 68.49 20.38 58.76 10.07花园口以下 106.68 28.78 2.16 0.64 27.40 4.70合计 370.73 100.00 336.13 100.00 583.55 100.00
对比流域总用水量和有效库容分布(见图2、表2)可知,水库库容主要分布在兰州以上河段,该河段有效库容占流域总有效库容的72.99%,该河段用水量占流域总用水量的8.09%。兰州—河口镇河段总用水量最大,占流域总用水量的40.94%,而该河段的有效库容仅占总有效库容的1.54%,用水主要通过干支流的多个小型引提水工程提供。龙门—三门峡河段用水量占流域总用水量的13.82%,该河段的有效库容(不含三门峡水库)仅占总有效库容的2.38%,用水也主要通过干支流的引提水工程,各小型引提水工程取水管理不规范不统一,成本高且水资源浪费严重,历史上不少枯水年份该区间供水量无法满足用水需求。该段供水任务由龙羊峡、刘家峡水库同时承担,导致灌溉期龙羊峡、刘家峡水库不能充分蓄水,而在凌汛期前腾空防凌库容需弃水,凌汛期为防止河道水位壅高而控制下泄水量,导致发电效益降低。因此,建设大柳树水利枢纽可增加有效库容拦蓄弃水,并合理分配各阶段用水量,将大部分扬水变为自流,降低取水成本,提高发电和灌溉效益。综上分析,黄河上中游水资源量与有效库容、用水量与有效库容存在不匹配问题,其中兰州—河口镇段问题最为突出,因此该段有必要建设大型水利枢纽,从而有效调蓄水资源、实现合理优化供水。
2 现状工程条件下上游水库对丰、枯年来水调控不足
兰州—河口镇段宁蒙地区有历史悠久的农业灌区,其中宁夏灌区主要包括卫宁灌区和青铜峡灌区,内蒙古灌区包括河套灌区及黄河南岸灌区等。根据《黄河水资源公报》[5]统计数据,得到2001—2016年宁夏回族自治区及内蒙古自治区各行业多年平均耗水量(见表3)。由表3可知:宁夏与内蒙古农业耗水量占比最大,分别为72.86%和79.22%;宁夏林牧渔畜耗水占比第二(为14.41%),而内蒙古工业耗水占比第二(为8.13%);宁夏与内蒙古城镇公共及生态环境用水较少。
文章来源:《水力发电学报》 网址: http://www.slfdxbzz.cn/qikandaodu/2020/1009/340.html
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