河流开发中的梯级布置方案比较和编制

在河流的开发治理中，水库和其他重要的控制性枢纽建筑物（如泄洪堰、节制闸、船闸等）在全河的合理布置，是具有战略意义的关键环节。它也是进行流域水资源规划的核心内容。作为对本章水资源和库群规划问题的结尾，本节将着重介绍河流开发中梯级水库布置方案的编制选定问题。

一、河段开发任务的拟定

河流的开发应根据需要与可能。需要是开发治理要达到的目的，它与国民经济发展计划有关，而且对各地区、各河段、不同水平年不一定相同。例如，什么地方需要防洪，其安全泄量，安全水位的高低；什么地区水能丰富，又需电迫切，其逐年增长情况；什么地区需要灌溉，其需水量及需水季节；什么地区航行困难，其所需航深流速等。可能性方面，则包括坝址、库址、淹没情况、洪水径流特性，投资能力、技术水平及施工建筑材料等情况。

根据需要与可能的情况，就可拟定各地区、各河段的主要开发要求，这对于河流综合利用任务的全面研究是有很大好处的。

二、梯级布置的原则和方法

1.一般坝址、库址位置的选择

根据地形，地质条件，所有可能兴建枢纽的坝址都要进行比较（但相距甚近的两个坝址可作为一个比较坝段）。坝址库址要有优良的地质地形条件，较好的施工条件，能控制较大的流域面积。故如位于干支流汇合口下面，可一坝二用。对航运来说，水库应位于浅滩的下游，使回水能淹没上游浅滩。从淹没看宜避开城市或集中居民点，坝址应在其上游。库址离服务对象最好也较近，如灌溉、防洪、发电都如此。

2.梯级的衔接与重叠问题

为了充分利用河流的落差及利于发展航运，梯级各水库在正常蓄水位时的回水曲线应互相衔接，即首尾相连。但为了避免重点城镇、大片农田和矿产的淹没，以及地质条件的限制，有时就可能不衔接而牺牲部分落差；或放弃某些高坝，而改为多级的低水头开发。

在山区河流，坡降陡峻，落差比降集中，若进行引水式发电，其梯级布置也应考虑到利用落差的相互衔接问题。

3.梯级调节库容位置的安排

开发河流的水利，除充分利用落差外，还在利用水量。河流水量的利用程度决定于径流调节的限度，因此调节水库在梯级开发中，占有特别重要的地位。在布置梯级时，最好全河能有几个调节程度较高、控制性比较好的骨干水库，以比较集中地控制和调节全河的径流，这对解决防洪和兴利问题都是有利的。调节水库，由于其容量和位置的不同而具有不同的性能。从动能来说，如前面几节所述，上游龙头水库库容愈大，对下级及整个梯级也愈有利。但是，由于河流流量终是沿流而增，上游水库往往只能控制部分流域面积，故在中游设置一定调节性能的水库，也常是必要的。从河道特性和梯级水力开发形式的关系来说，上游因坡降较大，淹没小，故坝可高些。上游蓄能主要由于落差，特别有集中落差或大的河湾处，故可考虑引水式或混合式。此外，进行跨流域的水量电力补偿的可能性亦较大。中下游坡平，淹没大，坝低，坝间间距长，其蓄能主要由于流量，故通常采用拦河坝式发电。对防洪来说，则在控制洪水主要来源的河流，或暴雨中心的河段，特别是在紧临防洪保护对象的上游，建筑大水库就更有效。此外，为了落差的充分利用，及灌溉水头和航深的要求，在大水库间布置一些低水头的调节程度不大的，或进行反调节的连续梯级水库，显然也是完全必要的。

总之，对于梯级来说，研究调节水库的安排，不能只限于本库和单一用水部门的得失，而应考虑其对整个梯级，包括上下游河段的各项综合利用效益的影响。

4.梯级方案的编制方法

梯级方案的编制，除以上所述，应根据可能的坝址及河段的开发要求及其他原则外，在河道纵剖面上，应以地质、控制性能等各方面条件较好的几个坝址，作为中心枢纽（骨干枢纽）；对这些主要枢纽的关键问题（如地质条件，淹没损失）要认真研究，以免影响梯级方案的成立，然后以其他的坝址进行衔接。衔接时，应考虑各水库区的控制高程（指淹没允许极限等），或开发任务中所列的各河段淹没等的控制条件，拟定几个中心枢纽的正常蓄水位方案，及满足衔接要求的其他枢纽的相应正常蓄水位值，来确定全河的梯级开发布置的几个主要方案。这些方案，也常以主要枢纽的位置为中心，而划分为几个方案组，甚至区分为中心枢纽以上，以下两个大组，分别比较，而后进行综合（参看表15-4插图）。

在方案初步编定后，某些根据粗略分析显然不利的方案，应首先淘汰。

三、梯级方案的比较和第一期工程的选择（或开发顺序的研究）

为了进行梯级各开发方案的优劣比较，必须根据上述各种编定的，并经初步研究淘汰后的少数方案，进行水利计算，求出其经济指标。为方案选择的水利计算，一般包括枢纽单独运行及梯级联合运行两种情况。(www.xing528.com)

单独运行的水利计算，以近期需求水平为基础，是假定每一个水库单独运用，上下游都没有其他水库的工作情况，目的在于了解各枢纽单独开发时的经济指标，便于选择第一期工程及与联合运行的效益作比较。

联合运行则假定全梯级均已建成，或者也可以部分建成，而分成几个水平年。其目的在于显示河流开发远景，及根据计算结果，结合其他技术经济指标进行比较，以论证第一期工程的合理性。

由于河流各梯级的建设程序不易确切拟定，梯级较多时，组合情况更复杂；同时，流域内国民经济用水部门各时期的发展水平、需要哪些梯级参加运用，也难以确切预定，因此可先研究上述两种极端情况，再据以了解其他各种情况。必要时可另作梯级开发顺序的专门研究。

此外，流域规划阶段的主要任务，在于能初步地（虽然是带颇大决定性地）规定出一系列水利枢纽的坝址区域和它的正常蓄水位的概略范围。因此，梯级方案比较时的水利计算，一般可以比较粗略，计算成果则多以表格形式表示（如表15-4××江梯级开发方案研究之例）。

表15-4中所列项目仅为一例，且指主要为发电的梯级。根据综合利用的其他情况，表中项目可作增减和修正。此外，根据表中数据，亦可求出各相邻方案之间增加单位电能或装机时，所增加的投资、成本、淹没田亩、移民人数，即求出所谓方案间的“增量指标”及补充投资的回收年限等。

关于比较方案优劣的评判和选择，应该根据技术经济指标，社会、环境、政治因素等多方面考虑，略举考虑原则如下：

（1）选择梯级整体最有利方案，应结合目前条件的第一期工程来决定。第一期工程选择不当就会影响到下一步的措施，使工作被动。方案的编制和选定，应保证所选定的第一期工程在技术上是正确的，在经济上是合理的。

表15-4　××江梯级开发各比较方案枢纽特性及经济指标（联合运转）

① 包括土建、机电及淹没。
② 有时亦可列每106kW.h电能的迁移人口、淹没农田数，以资参考。

（2）就梯级整体及第一期工程来看，经济指标是否优越（如单位千瓦投资，电能成本等等），各枢纽间的相互配合及矛盾的协调是否较好，综合利用的开发效益是否较大，以及淹没及投资是否较小等来选定方案。

（3）第一期工程是否满足近期负荷水平的需要，能否解决迫切的防灾兴利要求，淹没影响，移民安置能否短期解决，第一期工程投资是否低廉，从施工等条件看短期能否完成。最后，从第一期工程选择来看，哪一梯级方案最好。

（4）在上述几点的基础上，最后从社会、政治（政策）、环境影响的角度和淹没移民等重要因素的全面综合分析，选择那些利大害小、实施困难能切实解决的方案。

由于通常不可能在整个流域上将全部措施同时实施，故需在统一规划下分期兴建，确定建设程序。这就需要从中选出近期实施的工程措施，以解决当前国民经济发展迫切要求的任务，这是流域规划的重要目的之一。

选择的近期（或第一期）工程应当是水利规划中最关键、最能解决当前规划任务的那些措施，且对进一步开发能提供有利条件，而当前或最近几年投资有可能，技术条件也能做到的，效益较大的那些工程措施和工程项目。

河流梯级方案编制的实例，可参看本书附录规划实例。

梯级方案的编制与选择，除了用上述传统的方案比较方法外，近十几年来一些国家也已开始应用系统分析的方法，也就是前节所提到的水利系统优化规划的途径。阿根廷柯罗拉多河的开发研究（Major Lenton.Appliedwater Resources systems Planning.Prentie- Hall Inc.，1979），可作为一个这方面尝试的实例。我国近年来进行的红水河，澜沧江等梯级开发的各项科学研究，包括了水电站梯级的参数选择和开发顺序，联合优化调度等方面，也是这方面的一些有益的探索。