基于水资源优化配置下的无定河水能开发探析

高 丽,高庆锋

(榆阳区尤家峁水库服务中心,陕西 榆林 719000)

无定河是陕西十大水系之一,既是黄河一级支流,也是榆林市的母亲河。为了解决无定河流域水资源分布不均造成的水能困难,需对水资源优化配置和水能开发方案进行分析。

1 概 况

发源于榆林市白于山长春梁北麓的无定河,流经榆林市定边、靖边、横山、榆阳、米脂、绥德、清涧7个县区,境内河长442.8km,流域面积20302km2[1]。沿途纳流域面积1000km2以上的重要支流共有5条,分别是海流兔河、芦河、榆溪河、大理河和淮宁河。无定河流域地处内陆,属温带干旱、半干旱大陆性季风气候,多年平均降水量396.9mm,是榆林市煤、油、气、盐等矿产的主要富集地。流域内总人口210万人,国民经济生产总值约1038亿元[2]。

2 水能开发条件及现状

2.1 水资源

根据《榆林市水资源综合规划》,无定河流域1956—2020年多年平均降水量81.20亿m3,折合降水深394mm。自产地表水资源8.63亿m3,地下水资源9.22亿m3,扣除二者重复量5.33亿m3后,水资源总量为12.52亿m3[3]。无定河流域水资源可利用总量为5.75亿m3,其中地表水可利用量4.62亿m3,地下水可开采量2.67亿m3,重复量1.54亿m3。

2.2 水能开发现状

无定河在榆林市境内的干流河长为442.8km,落差589m,多年平均流量36.5m3/s。境内流域水能理论蕴藏量209.0MW,其中干流理论蕴藏量163.8MW,技术可开发量装机容量43.3MW,经济可开发量装机容量43.30MW,已、正开发装机容量15.75MW[4]。

无定河因居无定流而得名,加之泥沙较大,一直是平铺式下流,直到崔家湾以下进入为峡谷段。该段河流两岸陡峭,河谷狭窄,河床比降较大,是建设水电工程的天然地域。谷宽80～120m,落差逾170m,跌水急流,为流域水能开发创造了条件,为重点开发河段。

截止2022年,榆林市无定河干流自上而下已建成王圪堵水库坝后电站、响水电站、绥德电站和东风电站等4座,除王圪堵水库坝后电站为水库电站外,其它3座为引水式电站,均建成于20个世纪60～70年代,目前仍在正常运行。王圪堵水库为无定河流域最大水库,电站位于水库坝后右岸,最大引水发电流量13.0m3/s,最小引水流量8.82m3/s,电站保证出力1575kW,总装机3750(3×1250)kW,年均设计发电量1940万kW·h。东风电站装机容量6000kW,年均发电量3200万kW·h,是目前榆林市境内最大的水力发电企业。榆林市无定河干流已成电站主要指标,无定河干流已成电站主要指标,见表1。

表1 榆林市无定河干流已成电站主要指标表

3 水资源优化配置分析

无定河流域水资源紧缺,要进行水能开发,首先要算清水账,优先保障城市供水和工农业生产用水需求。然后根据水资源优化配置,将富余水量通过置换或者调蓄到有水能开发区域,以进行水能开发水电站建设。

3.1 现状可供水量

充足的水资源是水能开发的先决条件。截至2020年,榆林市无定河流域共建成中小型水库72座,总库容8.0亿m3,大小引水工程401处、抽水站1470座、机电井17687眼,现状供水能力约5.15亿m3。根据现有工程供水能力,同时考虑退还挤占生态水量、扣除地下水超采等不合理利用量后,榆林市无定河流域各类已成工程可供水量为4.97亿m3,其中地表水2.96亿m3,地下水2.00亿m3,其它0.01亿m3。

3.2 水源工程规划

为了挖掘无定河流域水资源潜力,榆林市在王圪堵水库建设的基础上,因地制宜建设了子洲康家沟、榆阳白河和芹河、横山惠民和富民、米脂李兴庄、绥德石家沟、靖边坪庄和五合等水库,增加3.5亿m3供水量。在开发无定河流域水资源的同时,并规划建设外引水工程。积极实施东线黄河引水、榆神城镇供水等流域外引水工程,完成盐环定扬黄提升改建工程,新增11.66亿m3供水量,为解决区域水资源供需矛盾奠定了基础。

3.3 规划水平年可供水量预测

考虑现状供水工程供水能力衰减、退还不合理取水以及新建水源工程增供水量,预测2025年榆林市无定河流域供水工程可供水量为8.48亿m3,其中地表水可供水量4.58亿m3(当地水源3.84亿m3,境外调水0.74亿m3),地下水可供水量3.11亿m3(当地水源1.88亿m3,境外调水1.24亿m3),其它水源可供水量0.78亿m3,其中矿井水0.53亿m3,比《榆林市水资源综合规划》提出的2020年、2030年利用矿井水量2211万m3和737万m3大,主要是本次预测考虑了煤矿自身及其它工业利用的矿井水量(用于补充天然水体生态环境的部分未纳入)。

3.4 水资源供需分析

到2025年,无定河流域将建成王圪堵水库、白河水库等流域内水源工程,完成东线黄河引水、榆神城镇供水、盐环定扬黄提升改建等区外引水工程,同时加大中水、矿井水等非常规水资源利用力度,使流域供水能力得到全面提高,可供水量达到8.48亿m3。经供需平衡分析,2025年流域缺水量0.11亿m3,缺水率1.3%。缺水区域集中在靖边县和定边县,主要缺口在农灌和农村人饮。该区域规划建设的蒋家窑和雷河咀水库主要任务为防洪拦沙,仅能解决邻近小区域农业灌溉问题。盐环定扬黄提升改建工程可解决定、靖两县城及沿线乡镇、工业用水。因此,区域的农灌及农村人饮缺口只能由远期规划的大柳树引黄工程解决。2025年流域水资源供需平衡,见表2。

表2 榆林市无定河流域2025年水资源供需平衡表 万m3

3.5 水资源配置

3.5.1 配置思路

无定河流域自然条件差,生态脆弱,流域内水资源开发必须以维护生态环境为前提,地表水资源在不影响当地农业生产及河道内基流的基础上适当开发,主要配置当地生活和生产;中水主要配置给河道外生态和工业生产;矿井水主要配置给煤矿自身及生态用水,多余水量再配置给工业;东线黄河引水、榆神城镇供水等流域外引水工程的水量按照优水优用的原则配置给城镇生活和工业生产,通过水资源置换,退还挤占的生态水量。

王圪堵水库除保证下游无定河川道灌溉用水和河道生态基流外,主要配置给榆横工业区以及绥德、米脂和子洲县城;蒋家窑和雷和咀水库主要配置给当地农业灌溉;榆溪河上规划的白河、芹河等水库主要配置给榆林市城区及经济开发区;其它支流上规划的康家沟、李兴庄等水库就近配置给当地生活和生产[5]。

盐环定扬黄提升改建工程建成后,可解决定、靖两县城、靖边工业园及沿线15个乡镇、农村用水问题;东线黄河引水工程配置给榆横工业区;榆神城镇供水工程主要向城镇生活供水。

3.5.2 重点区域配置方案

2025年,通过水源工程建设及水资源优化配置,榆林市无定河流域内包括榆林市区、沿河县城及工业区等重点区域供水得到保障。在供水网络上,无定河流域的水源工程、供水线路及用水对象之间互有交集,在地形、地理位置上也有相互联通条件,具备构建供水网络、实施联网调度的基础。规划以黄河、无定河等天然河道为依托,王圪堵、红石峡等已成供水工程以及规划的东线黄河引水、盐环定扬黄提升改建、榆神城镇供水等引调水连通工程为纽带,水库及城市、园区水厂等为节点,构建流域供水网络,实现水源相济、互为备用,提高供水保障程度。

4 水能开发利用规划

经过水资源调配和优化配置后,无定河流域各市县的水资源更加科学高效,特别是绥德、清涧、横山等县区,工农业生产用水将有效得到解决。而原本占用的无定河生态水和水能等将被置换出来,可以充分利用地势落差进行水利开发。

根据2016年完成的《陕西省小水电开发利用规划》,榆林市无定河干流规划了8座电站,总装机容量42.7MW,年发电量18349万kW·h。目前,王圪堵水库坝后电站、响水电站、绥德电站、东风电站已经建成投运[6]。李家坬、崔家塌、川口、王宿里4座水电站还处在前期规划。由于规划的王宿里电站位于古贤水库回水区,受古贤水库规划建设,原址已经无法建设,目前,正在另寻站址上报新的梯级规划方案,并将原李家坬～王宿里4级调整为李家坬、东方红和新川口3级。

经过流域水资源优化配置后,规划在清涧县新建3座水电站,规划新增装机31.05MW,年新增发电量11963万kW·h,估算投资约4.4亿元。分别为位于店则沟镇的李家坬水电站,开发方式为引水式,最大水头31m,装机容量7.65kW,年发电量3109万kW·h;位于高杰村镇的东方红水电站,开发方式为引水式,最大水头43.1m,装机容量15kW,年发电量5458万kW·h;位于高杰村镇的新川口水电站,开发方式为引水式,最大水头33m,装机容量8.4kW,年发电量3396万kW·h。这些水电站建成投运后,将有效支持当地社会经济发展。

5 结 语

无定河拥有充分的水能资源,由于各地无序无度的开发利用水资源,造成水能闲置或被占用无法开发。通过对无定河区域水资源现状和2025年水资源供需情况的分析,经水资源优化配置后,为水能开发水资源的使用创造了条件,并规划出了水能开发方案,为无定河流域水能开发提供了科学依据。