小型水庫(kù)在發(fā)電工程水資源配置中的可用性探討

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(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

20世紀(jì)以來(lái)，水資源問(wèn)題在工業(yè)發(fā)展中的重要地位漸漸體現(xiàn)出來(lái)，隨著工業(yè)化的日益加強(qiáng)，水資源貧乏的現(xiàn)象開(kāi)始嚴(yán)重制約我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。中水發(fā)電的出現(xiàn)緩解了這樣的尷尬，大大的緩解了工業(yè)水資源的狀況[2]。中水發(fā)電的中水來(lái)源基本為當(dāng)?shù)鼐徒奈鬯幚韽S。然而，污水處理廠存在供水不足的隱患。為了不影響發(fā)電過(guò)程，現(xiàn)我們可以用小型水庫(kù)的多余水量進(jìn)行補(bǔ)給，小型水庫(kù)用于發(fā)電工程的實(shí)際意義就顯示出其重要意義。

本文以安徽省合肥市某能源電廠為例，從小型水庫(kù)水量供給的角度，分析論證其在中水發(fā)電供水方案中的可行性。

1 研究區(qū)概況

合肥市為安徽省省會(huì)，位于長(zhǎng)江淮河之間、巢湖之濱，行政區(qū)劃總面積為1.14萬(wàn) km2。市區(qū)總面積1 158.62 km2。合肥市地處江淮丘陵地帶，地貌特征為丘陵至平原的河谷地貌。市境內(nèi)河流天然分屬長(zhǎng)江和淮河兩大流域，并可劃分為五大水系：巢湖水系，滁河水系，瓦埠湖水系，高塘湖水系和池河水系；市域范圍內(nèi)淮河流域面積約占全市面積的38%，長(zhǎng)江流域面積占62%[3]。境內(nèi)重要河流南淝河、派河、豐樂(lè)河、店埠河等，均屬長(zhǎng)江流域巢湖水系；境內(nèi)湖泊有巢湖、瓦埠湖、高塘湖。

1.1 供水工程

現(xiàn)狀合肥市域共有大型水庫(kù)2座，中型水庫(kù)20座，小型水庫(kù)693座，塘壩14.58萬(wàn)座，合肥市已建引水工程21處、提水工程1 409處、跨流域調(diào)水工程1處。其中，主要供水水源為董鋪、大房郢這兩座大型水庫(kù)，另外，通過(guò)淠河引水工程，可引入淠河上游的磨子潭，佛子嶺和響洪甸三座大型水庫(kù)的水。

1.2 用水量與用水結(jié)構(gòu)

根據(jù)《2014合肥市水資源公報(bào)》，2014年全市用水總量26.65億 m3。其中，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境用水量分別為15.21、5.72、5.2和0.51億 m3，占用水總量的比例分別為56.1%、21.5%、19.6%和l.9%。

2 寶教寺水庫(kù)水資源配置方案分析

2.1 水庫(kù)取水分析

某中水發(fā)電項(xiàng)目用水年最大需水量(按5500h計(jì))為128.15×104m3/a。污水處理廠需提供給本項(xiàng)目的水量，按本項(xiàng)目生產(chǎn)水量的1.1倍左右，即256 m3/h。

現(xiàn)規(guī)劃生產(chǎn)用水以中水為主水源，水庫(kù)作為備用水源，市政供水作為應(yīng)急水源；在能源站運(yùn)行初期，中水水量不足時(shí)，將小型水庫(kù)作為本項(xiàng)目補(bǔ)充水源，市政供水作為備用水源。這樣設(shè)計(jì)，既可以保證用水率，又可以節(jié)省市政用水，節(jié)約城市用水量，緩解城市用壓力?，F(xiàn)從周邊選取較為合適的小型水庫(kù)為供水來(lái)源，綜合各方條件，寶教寺水庫(kù)最為合適?，F(xiàn)規(guī)劃寶教寺水庫(kù)為本次研究的補(bǔ)充水源，下面就該水資源配置方案作出分析論證。

2.1.1 水庫(kù)介紹

寶教寺水庫(kù)是小(一)型水庫(kù)，2011年進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。

表1 水庫(kù)特征表

表1所述特征表明，不論水庫(kù)作為何種功能(如景觀等)，汛期(5-9月)水位都必須低于汛期限制水位64.5 m；在低于死水位62.53 m時(shí)，不再對(duì)任何用戶供水。

該水庫(kù)主要功能是灌溉，設(shè)計(jì)灌溉面積8 000畝、歷史上實(shí)際最大實(shí)灌面積5 000畝，現(xiàn)狀灌溉功能基本萎縮，按1 000畝計(jì)。

近年來(lái)，寶教寺水庫(kù)隨著灌溉功能的萎縮，用水用戶用水量較小，合肥地區(qū)年降雨量變化不大，其本身庫(kù)容較小，且合肥地區(qū)調(diào)節(jié)水庫(kù)有董鋪，大房?jī)纱笏畮?kù)，其調(diào)節(jié)功能較小，水庫(kù)庫(kù)容面積變化不大，這里不做論述。

2.1.2 項(xiàng)目取水后水庫(kù)水量平衡計(jì)算

利用近多年平均、嚴(yán)重干旱年份的典型年，調(diào)算項(xiàng)目可從寶教寺水庫(kù)中獲得的利用量，分析論證水庫(kù)作為補(bǔ)充、備用水源的可行性與可靠性。1956年降水量1 004.1 mm，相應(yīng)頻率50%，1979年降水量881 mm，相應(yīng)頻率95%。

入庫(kù)徑流量=集水面積×降水量×徑流系數(shù)[5](取多年平均條件下的區(qū)域徑流系數(shù)值，參考《安徽省地表水資源調(diào)查評(píng)價(jià)成果》，取0.37)；

庫(kù)區(qū)水面蒸發(fā)損失量Q蒸=10-3×水面蒸發(fā)量×E，水域面積64～100萬(wàn) m2，水面蒸發(fā)量依據(jù)董鋪水文站蒸發(fā)數(shù)據(jù)，按算術(shù)平均計(jì)；

水庫(kù)于2011年完成除險(xiǎn)加固工程，滲漏量不考慮。

根據(jù)水量平衡原理，調(diào)算式為：

Vi=Vi-1+Q來(lái)-Q損-Q用

當(dāng)Vi≥V控時(shí)，則V棄=Vi—V控，Vi=V控，

式中：Vi、Vi-1為第i和i-1月末水庫(kù)蓄水量，也即向下月轉(zhuǎn)存的水量；Q來(lái)為當(dāng)月水庫(kù)區(qū)間來(lái)水量；Q損為當(dāng)月水庫(kù)水面蒸發(fā)損失和滲漏損失量；Q用為當(dāng)月水庫(kù)用水量；V控為控制水位對(duì)應(yīng)的蓄水量。

經(jīng)調(diào)查，歷年農(nóng)灌用水量最大值發(fā)生在1994年，平均350 m3/畝；因缺少實(shí)測(cè)灌溉需水定額，以該灌溉用水量最大值作為農(nóng)業(yè)灌溉需水量；灌溉一般發(fā)生在6-11月，各月灌溉水量占年灌溉總量比例，據(jù)調(diào)查6-11月分別為5%、37%、32%、3%、14、10%；調(diào)算中，按月分配灌溉水量。

考慮項(xiàng)目從水庫(kù)中取水，水面景觀用水對(duì)水域面積與對(duì)應(yīng)水位的要求，將對(duì)“項(xiàng)目從水庫(kù)中取水”產(chǎn)生約束；關(guān)于水面景觀用水對(duì)水域面積和對(duì)應(yīng)水位的要求，現(xiàn)在未明確。結(jié)合合肥旅游季節(jié)的實(shí)際，暫按以下水量控制方法：適宜旅游季節(jié)(3-5月、10-12月)，按正常蓄水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容(興利庫(kù)容146萬(wàn) m3+死庫(kù)容26萬(wàn) m3)的50%左右作為限制下限。即，在3-5月、10-12月期間，當(dāng)水庫(kù)蓄水量≤85萬(wàn) m3時(shí)，停止從水庫(kù)中取水。

表2 水庫(kù)可利用量調(diào)算表(50%) 萬(wàn)m3

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可概括得出如下要點(diǎn)：

1)在50%的年份，水庫(kù)可基本滿足本項(xiàng)目取水要求；本項(xiàng)目取水對(duì)農(nóng)灌、景觀用水不產(chǎn)生明顯影響，但對(duì)水庫(kù)下泄水量產(chǎn)生明顯影響。

2)在50%的年份，如果本項(xiàng)目不直接從水庫(kù)取水，其下泄的棄水量有192.2萬(wàn) m3；這部分水量，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，也可為本?xiàng)目所利用。

3)在95%的年份，水庫(kù)在6-10月，也可為本項(xiàng)目提供部分水量，但利用量總體不大。

綜上，水庫(kù)單一水源無(wú)法滿足本項(xiàng)目95%保證率的供水要求，但顯然可以作為補(bǔ)充水源。

2.3 水資源配置合理性分析

2.3.1 可行性

水庫(kù)于2011年進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，滲漏量可以不予考慮，類似于寶教寺水庫(kù)的小型水庫(kù)，現(xiàn)供水用戶主要為農(nóng)業(yè)灌溉用水與景觀用水，隨著近年來(lái)灌溉功能的萎縮，水庫(kù)供水功能基本處于荒廢狀態(tài)，這為水庫(kù)給其它用戶供水，提供了可能。

2.3.2 合理性

中水發(fā)電等相關(guān)項(xiàng)目對(duì)供水保證率要求較高，在中水不能滿足其保證率的前提下，為相應(yīng)國(guó)家號(hào)召，節(jié)約市政用水，中小型水庫(kù)為其提供水資源就顯得尤為重要，為優(yōu)化發(fā)電項(xiàng)目中的水資源配置提供了新的思路。

中小型水庫(kù)的水質(zhì)有所保證，可以滿足發(fā)電項(xiàng)目的水質(zhì)要求，通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)算，雖不能滿足發(fā)電項(xiàng)目95%的供水保證率，也可以滿足50%的保證率，可以作為補(bǔ)充水源進(jìn)入到水資源配置的規(guī)劃當(dāng)中。即提高了水庫(kù)水資源利用率，做到水資源合理利用，又確保了發(fā)電項(xiàng)目供水保證率，確保發(fā)電正常。

將小型水庫(kù)用于發(fā)點(diǎn)項(xiàng)目，是發(fā)電項(xiàng)目水資源配置的新思路，亦是節(jié)約市政用水，充分利用水資源的有效途徑。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所訴，從水量角度分析，在中水無(wú)法滿足發(fā)展的情況下，為節(jié)約市政用水，可以通過(guò)調(diào)用小型水庫(kù)作為補(bǔ)充水源。現(xiàn)今小型水庫(kù)灌溉用水需求在逐漸減少，通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)算可以確定工業(yè)調(diào)用水量的定額；既節(jié)約了城市用水量，又提高了小型水庫(kù)的利用率，為我國(guó)工業(yè)用水水源結(jié)構(gòu)提供新的思路，為水資源的合理化運(yùn)用提供更加科學(xué)的理論基礎(chǔ)。