南水北调西线一期调水对黄河梯级发电作用分析

李庆国，郭兵托，段高云，杨立彬

(黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003)

1 南水北调西线一期工程方案

根据国务院批复的《南水北调工程总体规划》，到2050年西线调水总规模为170亿m3。西线第一期调水工程是从雅砻江上游甘孜段、雅砻江支流鲜水河上游的达曲和泥曲、大渡河西源绰斯甲河上游的色曲和杜柯河、大渡河东源足木足河上游的玛柯河和阿柯河调水到黄河贾曲，调水规模80亿m3[1]。

引水工程由“七坝十四洞”组成，七坝(水源水库)分别为雅砻江热巴、达曲阿安、泥曲仁达、大渡河色曲洛若、杜柯河珠安达、玛柯河霍那和阿柯河克柯等水库；十四洞中有4洞为单洞，其余10洞为5段平行双洞。输水线路长约325.6 km，其中隧洞段320 km，隧洞最大埋深1 150 m，最大内径9.6 m[2]。

南水北调西线第一期工程7座水源水库高程均在3 500 m左右，调水进入黄河干流贾曲附近，入黄点高程3 442 m，位于黄河上游，调水对调入断面下游黄河干流梯级电站电能参数产生影响。

2 黄河干流影响梯级总体布局

(1)黄河干流水电梯级规划。黄河干流梯级工程采用高坝大库与径流电站或灌溉壅水枢纽相间布置，形成较为完整的综合利用工程体系，龙羊峡、刘家峡、黑山峡、碛口、古贤、三门峡和小浪底等七大控制性骨干工程构成黄河水沙调控体系的主体。目前，黄河干流共布置梯级工程46座(不包括上游已建的黄河源水电站)，装机容量总计30 433.3 MW。其中，龙羊峡以上河段初步布置了10座梯级工程，总装机容量4 675 MW；龙羊峡以下河段规划36座梯级工程，总装机容量25 758.3 MW[3]。

(2)水电站建设概况。黄河干流龙羊峡以上已在建班多和羊曲2座水电站，总装机容量1 540 MW；龙羊峡以下规划的36座梯级电站已建、在建有龙羊峡、拉西瓦、李家峡、公伯峡、刘家峡、海勃湾、万家寨、三门峡、小浪底等水利枢纽和水电站共计30座，总装机容量21 258.3 MW[3]。

(3)西线一期调水影响水电站。南水北调西线一期工程水量调入黄河支流贾曲，影响黄河夏日红(宁木特)以下梯级共计40座，总装机容量29 668.3 MW。其中，龙羊峡以上4座，总装机容量3 910 MW；龙羊峡以下梯级36座，总装机容量25 758.3 MW。40座梯级中有已在建梯级32座，总装机容量22 798.3 MW[3]。

表1 黄河干支流主要水文站河川天然径流量

3 黄河梯级电站设计径流

黄河历年实测径流受农业灌溉和大型水库调蓄等因素影响的程度不同，而且是逐年变大的。本文分析时采用还原的1956年～2010年系列成果[4]，主要考虑了历年的灌溉耗水和干支流上已建大型水库龙羊峡、刘家峡、三门峡及支流汾河水库、伊河陆浑水库的调蓄影响。黄河干支流主要水文站径流系列见表1。黄河干流各梯级入库径流考虑上游水库调节和用水等影响。

4 调水对梯级电站影响分析

4.1 调入水量配置方案及水量过程

西线第一期工程调入水量80亿m3，采用河道内分配置水量20亿m3，河道外配置60亿m3方案分析调水对黄河干流梯级发电的影响。

西线一期工程建成生效后，由于入黄水量过程与用水过程不一致，因此需要水库对之进行调蓄，使之满足配置方案的用水需求。黄河上游的龙羊峡水库调节库容193.5亿m3，计入西线调水后，龙羊峡水库的库容系数为0.67，仍为调节能力很强的多年调节水库。再计入其下游的刘家峡和黑山峡等水库，可以较好地调蓄西线来水。西线入黄水量的年内过程线不相同，但变化不大，计算时，调水年内入黄水量过程按多年平均值考虑。

4.2 水库调节运用方式

黄河上游梯级电站采用联合补偿调节的计算方法，龙羊峡、刘家峡、黑山峡三大骨干水库联合补偿调节运用，在考虑协调宁蒙河段水沙关系、满足宁蒙河段防洪、防凌和河口镇最小流量要求的前提下，考虑生活、生产和生态供水等要求，按所有梯级发电最优运用。

中游梯级电站采用联合运行的方法，各水库在汛期防洪排沙，10月开始蓄水，次年6月末库水位降至汛限水位。在满足综合利用要求前提下兼顾发电。

4.3 调水对黄河梯级电站影响分析

南水北调西线一期工程调水80亿m3入黄河后，通过黄河干流水库的调蓄作用，各河段水量配置，可增加入黄口以下黄河干流梯级电站的电能参数。

4.3.1不考虑扩机情况下发电影响

近期龙羊峡以上按照现阶段规划的装机规模考虑，龙羊峡～河口镇梯级电站全部建成生效，中游考虑碛口、古贤、禹门口(甘泽坡)建成生效，黄河干流所有梯级不考虑调水后扩机。调水80亿m3对黄河干流梯级电站影响参数见表2。

从表2可以看出：

(1)南水北调西线一期工程生效前，西线一期工程入黄口以下龙羊峡以上干流梯级电站保证出力为1 206 MW，多年平均年发电量为156.7亿kW·h；西线一期工程生效后，保证出力达到1 977 MW，多年平均年发电量达到222.0亿kW·h。与调水前相比，近期情况下西线一期工程入黄口以下龙羊峡以上干流梯级电站保证出力增加771 MW，多年平均年发电量增加65.3亿kW·h。

(2)南水北调西线一期工程生效前，黄河龙羊峡以下河段干流梯级电站保证出力为7 906 MW，多年平均年发电量为821.0亿kW·h；西线一期工程生效后，保证出力达到9 775 MW，多年平均年发电量达到1 018.0亿kW·h。与调水前相比，近期情况下龙羊峡以下干流梯级电站保证出力增加1 869 MW，多年平均年发电量增加197.1亿kW·h。

(3)南水北调西线一期工程生效后，入黄口以下黄河干流梯级工程保证出力达到9 112 MW，多年平均年发电量达到1 240.0亿kW·h。与调水前相比，近期情况下西线一期工程生效后增加黄河干流梯级电站保证出力2 640 MW，多年平均年发电量增加262.4亿kW·h。

表2 调水80亿m3对黄河干流梯级电站影响参数(近期)

表3 西线一期工程生效后对黄河干流梯级电站影响参数(远景)

4.3.2考虑扩机情况下发电影响

南水北调一期工程生效后对黄河入黄口以下梯级电站发电影响较大，远景考虑对入黄口以下梯级电站进行扩机，按照利用小时数与调水前基本一致的原则进行扩机，分析远景情况下南水北调西线一期工程对黄河干流梯级电站发电影响，结果见表3。

从表3可以看出：

(1)南水北调西线一期工程生效前，西线一期工程入黄口以下龙羊峡以上干流梯级电站保证出力为1 206 MW，多年平均年发电量为156.7亿kW·h；西线一期工程生效后，考虑对西线一期工程入黄口以下龙羊峡以上梯级电站进行扩机，装机容量由3 910 MW增加到5 850 MW，保证出力达到1 977 MW，多年平均年发电量达到234.2亿kW·h。与调水前相比，远景情况下西线一期工程入黄口以下龙羊峡以上干流梯级电站保证出力增加771 MW，多年平均年发电量增加77.5亿kW·h。

(2)南水北调西线一期工程生效前，黄河龙羊峡以下河段干流梯级电站保证出力为7 906 MW，多年平均年发电量为821.0亿kW·h。西线一期工程生效后，考虑对龙羊峡以上梯级电站进行扩机，龙羊峡以下梯级电站装机容量可由25 758 MW增加到32 082 MW，保证出力达到9 775 MW，多年平均年发电量达到1 029.0亿kW·h。与调水前相比，远景情况下龙羊峡以下干流梯级电站保证出力增加1 869 MW，多年平均年发电量增加208.0亿kW·h。

(3)南水北调西线一期工程生效后，考虑对黄河干流梯级工程进行扩机，西线一期工程入黄口以下的黄河干流梯级电站装机容量可由29 696 MW扩至32 224 MW，黄河干流梯级工程保证出力达到11 752 MW，多年平均年发电量达到1 263.2亿kW·h。与调水前相比，远景情况下西线一期工程生效后增加黄河干流梯级电站保证出力2 640 MW，多年平均年发电量增加285.5亿kW·h。

5 结 论

南水北调西线工程是从长江上游干支流调水入黄河上游，缓解黄河流域及邻近地区水资源严重短缺形势的特大型跨流域调水工程。工程虽然对调出河流调水断面以下梯级电站参数造成一定影响[5-6]，但对保障区域供水安全、能源安全、粮食安全和生态安全等方面具有重要战略地位[1，7，8]，同时也能增加黄河干流调入断面以下梯级电站的电能指标。经分析，在不考虑电站扩机的情况下，与调水前相比，南水北调一期调水可使黄河干流影响的规划梯级电站增加保证出力29.0%，增加多年平均年发电量26.8%。