分析无调水方案3和4的优缺点

8.2.1.1　水库运行指标分析

1.出库流量

2020远景水平年无调水情况下龙羊峡入库、出库流量的长系列变化过程如图8-7所示。龙羊峡水库入库径流过程及区间径流过程与2010现状水平年一致。

图8-7　2020远景年无调水情况下龙羊峡入库、出库流量的长系列变化过程

方案3的多年平均出库流量为631m3/s，最大值为2718m3/s，月平均流量大于2000m3/s的次数为5次，且均发生在6—8月，1990年后再无大流量过程。方案4多年平均出库流量为635m3/s，最大值为1730m3/s，较方案3显著减少，且月平均流量大于2000m3/s的次数为0次。在相同的入库流量过程下，各方案的多年平均出库流量相差不大，但方案4较方案3的大流量出库过程明显减小。相对于方案3径流变化幅度大，方案4的出库流量则呈现出明显的分层特征：在水沙调控年份的4月均出现平均流量的最大值，出库流量在1600～1800m3/s的次数为19次；其他未调沙年份的月平均流量大多在300～1000m3/s，与2010年方案1、方案2的规律和主要原因一致。

与2010现状水平年相比，2020远景水平年无调水各方案的出库流量最大值由方案1的2987m3/s降到方案3的2718m3/s，由方案2的1855m3/s降到方案4的1730m3/s，极大值发生显著减小。多年平均出库流量方案3与方案1相当，方案4较方案2略有增加，但仍未缓解全流域的水资源供需矛盾，黄河流域内多年平均缺水量由2010现状水平年的66.10亿m3增加到75.30亿m3。主要原因是：随着黄河流域社会经济水平的发展，兰州断面需水量将由现状年的238亿m3增加至270亿m3，流域内多年平均缺水量由2010现状水平年的66.10亿m3增加到75.30亿m3，亟需跨流域调水，以缓解未来水资源的供需矛盾。此外，方案4出库流量在1600～1800m3/s的次数仅为19次，与方案2相比，在月平均出库流量的极大值和出现频次上均大幅下降。可见，随着2020远景水平年需水量的大幅增加，龙羊峡、刘家峡联合调度满足兰州断面的供水量，但流域内缺水量的增加，导致黄河全流域水资源供需矛盾加剧，对黄河上游沙漠宽谷河段的水沙调控产生了巨大的负面影响。

2020远景水平年无调水刘家峡水库的入库、出库流量过程如图8-8所示。不考虑水沙调控目标时，刘家峡水库配合龙羊峡水库联合调度，以满足兰州断面供水的控制流量，入库、出库流量的变化幅度基本一致，仅在个别月份略有差异，如图8-8（a）所示。龙羊峡水库承担供水的主要任务，刘家峡对龙羊峡出库流量和区间流量过程进行调节后，满足兰州断面的供水要求。考虑水沙调控目标后，刘家峡出库流量与龙羊峡具有高度的一致性，均存在明显的分段特征：调沙年份4月的出库流量达到最大值，出库流量大于1600m3/s的次数为19次；其他未调沙年份的月平均流量大多在1000m3/s以下，且年内变化过程与兰州断面供水序列基本一致，如图8-8（b）所示。

由方案3、方案4的对比分析可知：方案4调沙月份要求的大流量过程使得龙羊峡出库流量达到最大值，其他月份的出库流量更趋于供水过程，较方案3变幅较大的出库流量过程，水沙调控运行显著改变了龙羊峡的出库流量规律，使龙羊峡出库流量趋于两阶段内的平稳化，与2010现状水平年规律一致。

由2010现状水平年、2020远景水平年不考虑调水方案的对比分析可知：随着黄河流域社会经济水平的发展，龙羊峡、刘家峡联合调度能够满足2020远景水平年兰州断面的需水量，但黄河流域内多年平均缺水量增加到75.30亿m3，导致黄河全流域水资源供需矛盾加剧，缺水量增加，对黄河上游沙漠宽谷河段的水沙调控产生了巨大的负面影响，亟需跨流域调水，以缓解未来水资源的供需矛盾。

图8-8　2020远景水平年无调水刘家峡水库长系列入库、出库流量过程

2.水库水位

2020远景水平年无调水方案3龙羊峡水库水位的长系列变化过程，反映了2020远景水平年供需条件下多年调节水库的运行过程，如图8-9所示。方案3的起、末水位分别是2600m、2551.60m，56年的长系列过程中水库蓄满12次，放空4次，最低水位2530m，多年平均水位为2578m。方案3龙羊峡水位变化的长系列过程呈现明显分段特性：1956—2000年水位在2550～2600m之间变动，2001—2010年内水位在2530～2578m之间变动，绝大多数时段水库水位低于多年平均水位。主要原因是：2020远景水平年随着黄河流域经济社会的发展，兰州断面需水量由现状年的238亿m3增加至270亿m3，加之2001年后黄河上游天然来水剧减，出现特枯年份和连续枯水年，龙羊峡需加大出库流量以保证供水目标，水位下降速度加快，导致水位剧减，与2010年方案1、方案2的规律一致。方案4的起、末水位分别是2600m、2544m，末水位较方案3降低了7.6m，56年的长系列过程中水库蓄满4次，均发生在1956—1990年，放空10次多年平均水位为2570.30m，较方案3降低了7.7m。

图8-9　2020远景水平年无调水龙羊峡水库长系列水位变化过程

将方案3与方案4对比分析可知，方案4中龙羊峡水库的蓄满、放空次数与方案3截然相反，且多年平均水位较方案3大幅降低。可见，水沙调控运行造成龙羊峡水库库满率降低，库空率增加，水库多年平均水位大幅降低。

与2010现状水平年龙羊峡水位变化过程相比，水库末水位由方案1、方案2的2580.90m降至方案3、方案4的2551.60m、2544.00m；蓄满次数由方案1的26次降至方案3的12次，由方案2的7次降至方案4的4次；放空次数由方案1的0次增至方案3的4次，由方案2的1次增至方案4的10次。可见，随着2020远景水平年需水量的大幅增加，龙羊峡水库充分发挥多年水库的调节能力，蓄丰补枯，以满足供水要求，其库空率、库满率均大幅增加，水库利用效率大幅提高，但黄河流域内缺水量较2010现状水平年大幅增加，加剧了水资源供需矛盾，直接威胁黄河上游沙漠宽谷河段的水沙调控，亟需跨流域调水，以缓解未来水资源的供需矛盾。(www.xing528.com)

图8-10　2020远景水平年无调水刘家峡水库长系列水位变化过程

如图8-10所示，2020远景水平年调沙与不调沙方案刘家峡水库水位变化的差异不大。方案3、方案4对应的刘家峡水库起始水位相同，方案4的末水位略有下降。对比分析可知，方案3中刘家峡水位变幅较小，56年的长系列过程中水库蓄满46次，放空0次，最低水位1700.30m，多年平均水位为1729m。方案4中刘家峡水位56年的长系列过程中水库蓄满47次，放空0次，最低水位1700.30m，多年平均水位为1729.10m。2000—2010年，刘家峡水位变化幅度和变化频率增大，水库的蓄丰补枯能力明显加强，以满足下游的综合用水要求。

与2010现状水平年相比，2020远景水平年刘家峡水库的变化趋势虽与之一致，但多年平均水位由方案1的1727.80m增加到方案3的1729m，由方案2的1728.40m增加到方案4的1729.10m，蓄满次数由方案1的14次增至方案3的46次，由方案2的36次增至方案4的47次。可见，水资源供需矛盾的加剧，使得刘家峡水库的多年平均水位抬高，库满率增加，水库利用效率提高，但水沙调控运行对多年平均水位和库满率的影响不大。

8.2.1.2　水电站调控指标分析

1.供水

2020远景水平年无调水情况下兰州断面需水量与实际供水量长系列变化过程如图8-11所示。2020远景水平年兰州断面年需水总量为270亿m3。方案3兰州断面月平均实际供水量为24.60亿m3，最大值为101.80亿m3，最小值为10.87亿m3，多年平均供水量为295亿m3。方案4兰州断面月平均实际供水量为24.70亿m3，最大值为67.80亿m3，最小值为10.90亿m3，多年平均供水量为296亿m3。在相同的需水过程下，方案4的多年平均供水量与方案3接近，且兰州断面年供水保证率为76.4%，均高于设计值75%，方案3、方案4的多年平均供水量高于兰州断面需水量。可见，2020远景水平年考虑或不考虑水沙调控时，龙羊峡、刘家峡梯级水库长系列运行均能满足届时兰州断面的供水需求。

图8-11　2020远景水平年无调水兰州断面供水过程

随着黄河流域总需水量的增加，兰州断面需水量由2010现状水平年的238亿m3增加到270亿m3，且2020远景水平年无调水情况下各方案均能够满足供水要求。与2010现状水平年相比，2020远景水平年无调水情况下，各方案的多年平均供水量与之相当。主要原因是：2010现状水平年龙羊峡、刘家峡水库的弃水多，所占兰州断面供水量比例大，2020远景水平年无调水情况下龙羊峡、刘家峡水库的弃水较少。

2.发电

图8-12为方案3、方案4的黄河上游梯级发电量的长系列变化过程。经统计，方案3、方案4的梯级发电保证率为91%，均高于设计保证率90%的设计要求。可见，2020远景水平年无调水时考虑水沙调控目标，黄河上游梯级水库将牺牲部分发电效益，但仍能达到发电设计要求。图中，方案3的梯级多年平均发电量为460.4亿k W·h，最大值为713.8亿k W·h，最小值为356.0亿k W·h。方案4在考虑水沙调控目标时，梯级多年平均发电量为451.7亿k W·h，最大值为621.6亿k W·h，最小值为348.7亿k W·h。受可调水量影响，方案4中1956—1960年、1990—2009年不具备开展水沙调控的条件，各年梯级发电量与方案3相同。方案4较方案3的梯级水库多年平均发电量减小8.7亿k W·h。可见，水沙调控运行减小了梯级发电量，水沙调控目标与发电目标呈现相互竞争、相互矛盾的关系。主要原因是：水沙调控引起了龙羊峡水库大流量出库，梯级水库在水沙调控期间产生弃水，多年平均发电量减小。

图8-12　2020远景水平年无调水梯级水库发电量变化过程

与2010现状水平年各方案相比，方案3较方案1、方案4较方案2的梯级多年平均发电量均明显增加，说明随着黄河流域总需水量的增加，梯级水库出库流量增加，梯级发电量增加。水沙调控运行方案中发电量减小值由2010现状水平年的2.8亿k W·h增加到2020远景水平年8.7亿k W·h，说明在2020远景水平年未调水条件下，需水量的增加，加剧了水沙调控与发电之间的矛盾。

3.水沙调控

以1956—2010年黄河上游长系列径流资料为基础，在满足2020远景水平年综合用水要求的条件下，实施长系列水沙调控的流量为2580m3/s，持续时间为14天。由水沙调控的计算结果可以看出，方案4中可进行水沙调控19次，平均3年1次，分别为1961年、1964—1965年、1967—1968年、1974—1979年、1982—1988年和2009—2010年。与2010现状水平年方案2相比，方案4的水沙调控次数减少了7次。主要原因是：随着2020远景水平年黄河流域兰州断面需水量大幅增加，供水量相应增加，在无西线调水的情况下梯级水库优先满足黄河上游的供水、发电要求，可调水量减小，导致水沙调控次数减少。可见，未来供水量增加，加剧了水沙调控与供水之间的矛盾。