小型水库在发电工程水资源配置中的可用性探讨

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(合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)

20世纪以来，水资源问题在工业发展中的重要地位渐渐体现出来，随着工业化的日益加强，水资源贫乏的现象开始严重制约我国的经济发展[1]。中水发电的出现缓解了这样的尴尬，大大的缓解了工业水资源的状况[2]。中水发电的中水来源基本为当地就近的污水处理厂。然而，污水处理厂存在供水不足的隐患。为了不影响发电过程，现我们可以用小型水库的多余水量进行补给，小型水库用于发电工程的实际意义就显示出其重要意义。

本文以安徽省合肥市某能源电厂为例，从小型水库水量供给的角度，分析论证其在中水发电供水方案中的可行性。

1 研究区概况

合肥市为安徽省省会，位于长江淮河之间、巢湖之滨，行政区划总面积为1.14万 km2。市区总面积1 158.62 km2。合肥市地处江淮丘陵地带，地貌特征为丘陵至平原的河谷地貌。市境内河流天然分属长江和淮河两大流域，并可划分为五大水系：巢湖水系，滁河水系，瓦埠湖水系，高塘湖水系和池河水系；市域范围内淮河流域面积约占全市面积的38%，长江流域面积占62%[3]。境内重要河流南淝河、派河、丰乐河、店埠河等，均属长江流域巢湖水系；境内湖泊有巢湖、瓦埠湖、高塘湖。

1.1 供水工程

现状合肥市域共有大型水库2座，中型水库20座，小型水库693座，塘坝14.58万座，合肥市已建引水工程21处、提水工程1 409处、跨流域调水工程1处。其中，主要供水水源为董铺、大房郢这两座大型水库，另外，通过淠河引水工程，可引入淠河上游的磨子潭，佛子岭和响洪甸三座大型水库的水。

1.2 用水量与用水结构

根据《2014合肥市水资源公报》，2014年全市用水总量26.65亿 m3。其中，农业、工业、生活和生态环境用水量分别为15.21、5.72、5.2和0.51亿 m3，占用水总量的比例分别为56.1%、21.5%、19.6%和l.9%。

2 宝教寺水库水资源配置方案分析

2.1 水库取水分析

某中水发电项目用水年最大需水量(按5500h计)为128.15×104m3/a。污水处理厂需提供给本项目的水量，按本项目生产水量的1.1倍左右，即256 m3/h。

现规划生产用水以中水为主水源，水库作为备用水源，市政供水作为应急水源；在能源站运行初期，中水水量不足时，将小型水库作为本项目补充水源，市政供水作为备用水源。这样设计，既可以保证用水率，又可以节省市政用水，节约城市用水量，缓解城市用压力。现从周边选取较为合适的小型水库为供水来源，综合各方条件，宝教寺水库最为合适。现规划宝教寺水库为本次研究的补充水源，下面就该水资源配置方案作出分析论证。

2.1.1 水库介绍

宝教寺水库是小(一)型水库，2011年进行了除险加固。

表1 水库特征表

表1所述特征表明，不论水库作为何种功能(如景观等)，汛期(5-9月)水位都必须低于汛期限制水位64.5 m；在低于死水位62.53 m时，不再对任何用户供水。

该水库主要功能是灌溉，设计灌溉面积8 000亩、历史上实际最大实灌面积5 000亩，现状灌溉功能基本萎缩，按1 000亩计。

近年来，宝教寺水库随着灌溉功能的萎缩，用水用户用水量较小，合肥地区年降雨量变化不大，其本身库容较小，且合肥地区调节水库有董铺，大房两大水库，其调节功能较小，水库库容面积变化不大，这里不做论述。

2.1.2 项目取水后水库水量平衡计算

利用近多年平均、严重干旱年份的典型年，调算项目可从宝教寺水库中获得的利用量，分析论证水库作为补充、备用水源的可行性与可靠性。1956年降水量1 004.1 mm，相应频率50%，1979年降水量881 mm，相应频率95%。

入库径流量=集水面积×降水量×径流系数[5](取多年平均条件下的区域径流系数值，参考《安徽省地表水资源调查评价成果》，取0.37)；

库区水面蒸发损失量Q蒸=10-3×水面蒸发量×E，水域面积64～100万 m2，水面蒸发量依据董铺水文站蒸发数据，按算术平均计；

水库于2011年完成除险加固工程，渗漏量不考虑。

根据水量平衡原理，调算式为：

Vi=Vi-1+Q来-Q损-Q用

当Vi≥V控时，则V弃=Vi—V控，Vi=V控，

式中：Vi、Vi-1为第i和i-1月末水库蓄水量，也即向下月转存的水量；Q来为当月水库区间来水量；Q损为当月水库水面蒸发损失和渗漏损失量；Q用为当月水库用水量；V控为控制水位对应的蓄水量。

经调查，历年农灌用水量最大值发生在1994年，平均350 m3/亩；因缺少实测灌溉需水定额，以该灌溉用水量最大值作为农业灌溉需水量；灌溉一般发生在6-11月，各月灌溉水量占年灌溉总量比例，据调查6-11月分别为5%、37%、32%、3%、14、10%；调算中，按月分配灌溉水量。

考虑项目从水库中取水，水面景观用水对水域面积与对应水位的要求，将对“项目从水库中取水”产生约束；关于水面景观用水对水域面积和对应水位的要求，现在未明确。结合合肥旅游季节的实际，暂按以下水量控制方法：适宜旅游季节(3-5月、10-12月)，按正常蓄水位对应库容(兴利库容146万 m3+死库容26万 m3)的50%左右作为限制下限。即，在3-5月、10-12月期间，当水库蓄水量≤85万 m3时，停止从水库中取水。

表2 水库可利用量调算表(50%) 万m3

2.2 计算结果分析

根据上述计算结果，可概括得出如下要点：

1)在50%的年份，水库可基本满足本项目取水要求；本项目取水对农灌、景观用水不产生明显影响，但对水库下泄水量产生明显影响。

2)在50%的年份，如果本项目不直接从水库取水，其下泄的弃水量有192.2万 m3；这部分水量，通过适当的工程措施，也可为本项目所利用。

3)在95%的年份，水库在6-10月，也可为本项目提供部分水量，但利用量总体不大。

综上，水库单一水源无法满足本项目95%保证率的供水要求，但显然可以作为补充水源。

2.3 水资源配置合理性分析

2.3.1 可行性

水库于2011年进行了除险加固，渗漏量可以不予考虑，类似于宝教寺水库的小型水库，现供水用户主要为农业灌溉用水与景观用水，随着近年来灌溉功能的萎缩，水库供水功能基本处于荒废状态，这为水库给其它用户供水，提供了可能。

2.3.2 合理性

中水发电等相关项目对供水保证率要求较高，在中水不能满足其保证率的前提下，为相应国家号召，节约市政用水，中小型水库为其提供水资源就显得尤为重要，为优化发电项目中的水资源配置提供了新的思路。

中小型水库的水质有所保证，可以满足发电项目的水质要求，通过调节计算，虽不能满足发电项目95%的供水保证率，也可以满足50%的保证率，可以作为补充水源进入到水资源配置的规划当中。即提高了水库水资源利用率，做到水资源合理利用，又确保了发电项目供水保证率，确保发电正常。

将小型水库用于发点项目，是发电项目水资源配置的新思路，亦是节约市政用水，充分利用水资源的有效途径。

3 结语

综上所诉，从水量角度分析，在中水无法满足发展的情况下，为节约市政用水，可以通过调用小型水库作为补充水源。现今小型水库灌溉用水需求在逐渐减少，通过调节计算可以确定工业调用水量的定额；既节约了城市用水量，又提高了小型水库的利用率，为我国工业用水水源结构提供新的思路，为水资源的合理化运用提供更加科学的理论基础。