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水利规划与水资源

当前水利水电综合规划中的几个问题

过去河流综合规划中最突出的是防洪、灌溉和发电之间的矛盾问题,通过第一个五年计划的实践,和许多大小河流流域规划的研究,这一问题已为大多数人所认识。水利电力部门成立以后,更为合理解决这一问题创造了十分有利的条件。由于国家经济建设的高速发展,工农业用水、供电和发展交通运输事业的要求日益迫切,水利水电综合规划中出现了许多新的问题。现将一些影响较广泛的问题,即跨流域引水对水电的影响和水利水电建设与航运、铁路、林业等部门之间的矛盾等方面的情况和存在的问题作一概括的介绍。这些问题应由有关部门进行专门的研究,以便早日得到妥善的解决。

一、关于跨流域引水问题

我国水利资源分布极不均衡,与工农业发展不能相互适应。全国水利资源和土地人口分布如下:

为了适应工农业发展的需要,大规模的跨流域引水已经为全国许多地区所重视,而且展开了考察勘测工作。

目前所了解的跨流域引水计划,主要是解决干旱地区农业及工业缺水问题。由于跨流域引水在很大程度上改变了河流的水文特性,在引水后必将引起各种新的矛盾,从水利和电力的综合规划出发,有必要研究一下由于引水而产生的矛盾。现将了解情况综述如下:

1.自丹江口引汉济淮济黄对发电的影响

丹江口水利枢纽控制汉江流域面积9.74万km 2 ,多年平均径流量382亿m 3 。枢纽正常高水位170m,有效库容159亿m 3 ,径流经调节后除供给唐白河流域灌溉用水40亿m 3 ,发电保证出力29.5万kW,装机90万kW,平均年发电量45亿kW·h。根据原丹江口水利枢纽初步设计,在近期只考虑引水供给唐白河流域灌溉,并未考虑济黄济淮的问题,但黄河下游各省迫切要求引用汉水。目前增加引水的方法只有两途:一、不影响发电的情况下尽量引用弃水,但由于汉江供水十分集中,弃水流量大而历时短,有水文实测的27年间有11年没有弃水,一般弃水历时约2个月左右,即使引水渠道断面很大,引用弃水量也极为有限;二、降低电站保证出力减少装机容量,则每增加引水100m 3 /s(即年引水量31.5亿m 3 )保证出力降低5.5万kW。这个问题关系到黄河下游各省的用水和湖北地区的用电,影响比较重大,需要专门研究。

2.西部地区南水北调影响发电问题

从长江上游干流和西南各国际河流的上游引水至黄河是解决西北和华北地区工农业缺水和沙漠改造用水的一项重要办法。根据引水的几条可能路线,引水量在220亿m 3 至1420亿m 3 之间。从现有情况看来,初期的南水北调主要是从长江上游干支流引水,而长江干支流的梯级电站又为西南三省(川、云、贵)主要动力资源;引水后将对这个地区产生严重的影响。为了说明问题可以从两条曾经研究过的引水路线看出引水后对发电影响的程度。

第一条路线为自金沙江上游镇安至索藏寺入黄河,此线起点3670m,入黄地点3300m,全长1490km,引截长江干流流水量314亿m 3 (实际入黄280亿m 3 )。根据长江干流规划所选梯级(包括:金沙江的虎跳江、半边街、龙街、白鹤滩、大炮、向家坝等;雅砻江的二滩、金河、小得石等;大渡河的富林、瀑布沟、铜街子、龚嘴、沙弯等;干流的石棚、朱杨溪和三峡),引水后发电量变化如下:

即引水后长江上游干支流共减少年发电量960亿kW·h。如果估计未规划河段可能利用的落差少发电约1000亿kW·h,则共损失电量约1960亿kW·h。按照上述路线引水至黄河,利用黄河梯级可增加发电量约1000亿kW·h,与长江干流已规划梯级引水减少发电量大体相当。从上述情况看来,这条路线对长江干支流梯级开发影响不大,不致由于引水而使这些梯级失去开发价值。

第二条线路即自金沙江石鼓以上翁水河口至甘肃定西大营梁。引水起点高程2100m,终点高程1850m,按黄委会估计可引水1420亿m 3 ,但按四川省南水北调综合研究组校算,沿引水路线所截引总水量1234亿m 3 ,引水后对长江干流支流已规划梯级(如上述)发电的影响如下:

即引水后长江上游干支流梯级总发电量将减少67%,长江三峡电站将减少30%。如果仅考虑即将动工的富林和铜街子两个电站,引水前年发电量为178.3亿kW·h,引水后减少133.5亿kW·h,即减少74.8%。如果考虑未规划河段可能利用的落差少发电约996亿kW·h,则共损失发电量约4387亿kW·h。从上述情况可以看出,如果引水达1234亿m 3 ,长江干流梯级(即石棚、朱杨溪和三峡)虽然减少发电量很大,但仍然不致失去开发价值;但金沙江、雅砻江、大渡河等三条河流已规划梯级减少发电量72%~98%,能否开发即成问题。因此有关西南三省的动能规划应与南水北调规划同时进行。按照这条路线引水入黄河,利用黄河梯级可增加发电量2600亿kW·h。

3.山西引入黄入晋对黄河万家寨以下各梯级电站的影响

山西省计划自黄河万家寨以上沿红水河梯级抽水过分水岭(总抽扬程317m)补充山西省工农业需水量。按照要求近期抽水44亿m 3 ,远景抽水71.7亿m 3 。引水后若完全用于灌溉近期可扩展灌溉面积?00万亩(原文如此),远景1500万亩。引黄入晋实现后对黄河干流各梯级发电影响如下:

抽水本身耗电也很大,近期58.6亿kW·h,远景94.8亿kW·h。引黄入晋后总消耗及损失电量近期141.1亿kW·h,远景为228.3亿kW·h。

从上述情况看来,引黄入晋工程除本身工程投资达18.44亿元(近期)外,每年耗电及黄河梯级电能损失是十分巨大的,因此从全面进行经济比较是有必要的。

4.东北地区北水南调问题

为了解决辽河流域工农业及航运缺水问题,计划在近期通过松辽运河引水46亿m 3 (保证率75%),其中30.7亿m 3 供给辽河流域:远景计划引水59.5亿m 3 ,其中34.6亿m 3 供给辽河流域。由于引水地点,在嫩江与第二松花江汇流处,对嫩江和二松发电没有影响,仅影响干流梯级,干流落差71m,估计远景可利用70%,即50m,引水减少发电量8万kW·h,影响不大。

关于跨流域引水目前还在研究阶段,都还没有实施。跨流域引水影响到的问题很多,特别是西部地区南水北调问题,需要作较长时间的全面研究。在目前看起来急需要解决的有下面几个问题:

(1)农业的发展规划问题:从过去对南水北调的研究可以了解,引水的多少主要取决于农田灌溉的发展和沙漠改造。由于各地对远景农业发展的要求不同,引水量相差很大。在过去一个时期西北和华北各水利资源缺乏的省份所提用水要求都是按全省农业生产发展到极高的水平,西北地区均按大量开垦荒地改造沙漠和从内地大量移民后的情况要水,对于国民经济发展的实际需要和可能考虑很少甚至完全没有考虑。因此在南水北调规划工作中应着重研究农业的全面规划。特别是农业布局问题。农业规划应同样从全国一盘棋出发,考虑水利资源的经济合理利用。

(2)关于送电送水问题的研究:全国水利资源分布也是不均衡的,长江以北地区共有水力资源8400万kW·h,而西南地区(不包括西藏和昌都地区的13900万kW·h)共有水力资源27100万kW·h。充分开发西南地区水力资源后,可能有多余电力输向北方。如果西南地区的电力向北方输送,就有输电和输水(送水至黄河上游利用黄河梯级发电)比较的必要。从利用落差发电量来看,专门送水至黄河发电与在西南本地区发电是差不多的。输水的损失较大,工程投资较高,但可以发挥水的综合利用效能;输电比较简单,但消耗金属材料较多,水利资源不能充分综合利用。因此,对输电送水的可能性和经济合理性,值得进一步讲究。

(3)在南水北调实施前,长江上游干支流和黄河干流梯级开发如何结合南水北调?这是一个急需研究及早提出指示原则的问题。南水北调对长江上游干支流开发的影响如前所述是十分巨大的,一般看来长江干支流的开发当在南水北调之前实现,因此这些河流梯级开发规模的大小,经济价值必须结合南水北调考虑,但如何考虑应及早进行研究。黄河干流梯级现已动工修建的有6级,其余梯级几乎全部在进行设计,如果南水北调实现发电量增加很大,这些梯级是否要考虑加大规模?以及考虑多大规模?都是需要原则确定;否则,如果现在按照不考虑引水布置工程,在将来可能造成极大的浪费。

二、河流梯级开发与航运的矛盾

河流梯级开发调整了河道的比降,减低了流速,加大了航道水深,为河流通航创造了有利条件。有许多河流,特别是山区河流原来不能通航的,在河流梯级开发后变成可以通航了。但是由于河流梯级化和水电站运行特性,使通航和水力发电发生了一定的矛盾,在河流比降大,水头高的河段这种矛盾更为突出。这些矛盾主要有以下方面:

(1)船舶过坝船闸水级的大小与航行速度和通航耗水量的矛盾:河流梯级化,过坝要减低航速,也限制运输量。因此航道部门希望加大船闸的水级和船闸室,这样耗水量加大,发电量减少。按照交通部黄河航运规划,一般过闸流量约20m 3 /s,全河减少出力约20万kW。长江三峡水电站如采用梯级船闸过坝,每级级差不超过15m时,过闸耗水量约为30m 3 /s,减少保证出力3.6万kW。为了减少船闸耗水量,对于高水头水电站,过坝设备宜采用升船机。同时在规划时考虑营运费中应计算电站损失。

(2)水电站上游水库水位变化对航运的影响:由于水库水位随季节变化,水库上游端造成季节性的自流段;使水库满库季节原来相互衔接的梯级在空库时变成不相衔接,为航道措施和库区港口码头的修建造成了困难,水库工作深度愈大,这种困难也愈大。如像黄河干流梯级兰州至青铜峡一段及万家寨至龙门段各梯级水库正常高水位时相互衔接,但在死水位时将有全河段1/3长变为自流段,这些河段如不增设航道梯级则不能通航。像这样的情况,长江三峡以上干流及支流,三峡以下各主要支流的中上游以及南方所有山区丘陵区河流考虑借河流梯级开发而通航的河道都将遇到这种问题。在技术和经济方面如何解决这个问题,是值得及早进行研究的。

(3)维持河道通航与水电站担负尖峰负荷的矛盾:水电站担负尖峰负荷,电站下游流量和水位变化幅度很大,影响通航。为了通航,必须经常下泄一定流量维持最小航深,因此,这一部分流量所发出的电量只好担负基荷,如按照黄河航道规划要求,将来兰州以下经常下泄400m 3 /s维持自流段最小航深1.8m,则刘家峡和盐锅峡两级电站在枯水年份只能在基荷运行。按照长江一级航道上延至雅砻江口以上,但水库消落至死水位时,各回水段内将出现长约20~60km不等的天然河段,如果为了通航石鼓以下最小流量为850m 3 /s,雅砻江最小泄量为850m 3 /s,金沙江巧家以下最小流量1900m 3 /s,这样才能达到通航要求。根据长江规划要点,金沙江在雅砻江口以上各梯级一般调节流量在950~1180m 3 /s,如经常维持最小下泄850m 3 /s,则可担负尖峰负荷的保证出力757.5万kW降低为128.7万kW,金沙江雅砻江口以下各梯级,一般调节流量2500~3500m 3 /s,如经常维持最小下泄流量1900m 3 /s,即可担负尖峰负荷的保证出力1744.5kW降低为631.1万kW。这种情况对金沙江的梯级开发是不利的。长江三峡水电站若坝址选在三斗坪时,由于日调节下游水位日变幅达13m,下游通航困难。为了解决这个矛盾可以采取两种措施:第一,在宜昌以下修建古老背梯级,使其回水与三峡电站尾水衔接,这样三峡水电站运行可以不影响航运。古老背梯级可装机120万kW;第二,不修古老背梯级,经常放泄一定流量维持通航,如维持最小通航流量为4000m 3 /s,则只有保证出力460万kW不能担负尖峰负荷,装机容量只可能保持在近期2200万kW,远景扩大装机可能性很小。汉江丹江口水利枢纽下游为了维持通航在渠化以前经常最小泄流量为200m 3 /s,则保证出力11万kW须在基荷运行。总之从现有的情况看来水电站进行日调节对航运的影响是比较大的。

过去的内河航道大都是利用天然河道,河道的梯级开发尚在开始,水电站修建较少,在一般航道规划中对这些问题也缺少研究。因此在今后进行河流梯级开发规划时必须与航道部门取得密切配合,最好能由水利电力部门和交通部门共同进行近期和远景的综合规划。对于已经在设计的水电站应该充分考虑航运发展的情况和要求,对于已作规划而未考虑通航的应补作研究工作。

关于船只过坝的技术设施,应提请有关部门进行科学研究。

三、河流梯级开发与木材浮运的矛盾

过去已经修建的水利水电枢纽大部分没有考虑木材过坝建筑物,或者虽然已修建筏道但不能满足林业部门要求,如像梅山、佛子岭、流溪河、上犹等枢纽目前竹木过坝均靠人力盘驳,增加运输成本很大。木材浮动和船舶通航不同,木材砍伐大都集中于冬季进行,次年春汛涨水集中浮运,如岷江上游,1957年冬季采伐木材,在1958年春季一次涨水时5小时内全部下放,因而造成灌县阻塞水位猛涨,几乎造成水灾。

在东北木材采伐区以铁路线运输为主,水运为辅。四川西部高原森林主要分布于长江上游金沙江,雅砻江,大渡河,岷江等流域,全部木材储量约6亿m 3 ,以水运为主。在运输成本上水运费用只有陆运费用的1/8~1/12。按照第二个五年计划,四川原木年流送量,大渡河为220万m 3 ,岷江为92万m 3 ,雅砻江为248万m 3 ,金沙江为452万m 3 。要解决这样大的运输量过坝问题是十分艰巨的。关于大量木材过坝水工建筑物的合理型式现在尚缺乏成熟的技术经验。

水电站与木材浮运的矛盾虽然可以通过水工建筑物设计得到适当解决,但从规划的角度来看,过去河流规划注意森林工业规划是不够的。由于木材浮运所引起的水电站参变数的变化,对电站经济指标的影响,不同地区木材陆运输的经济比较,以及木材浮运的方式如何适应河流梯级开发等问题,均需进行专门研究。

四、水利水电建设与铁道修建的矛盾

水利水电建设与铁道的矛盾主要在山地丘陵地带。在平原地区,除了某些河道的铁路桥梁孔径不够而阻碍泄洪和铁道与农业地区防洪标准不相协调外,一般矛盾不大。根据几年来的情况存在主要问题有:

(1)由于铁路高程的限制,河谷中不能修建较高的水工建筑物,因而使水利水力资源不能充分利用,洪水不能得到充分的调节。永定河官厅水库由于受丰沙铁路高程的限制,库容不能增大;但原水库库容远不能满足调洪拦沙和调节径流的作用,因而不能不计划增建石匣里水库。青海湟水流域年径流量达20亿m 3 ,如果能作充分调节则流域内工农业用水基本上可以满足,但西(宁)兰(州)铁路几乎完全平行河岸,因此干流河谷不可能修建较大水库,当地径流不能充分利用,而需要从大通河引水接济。渭河水量比较丰富,可以供给关中平原灌溉,但陇海铁路通过宝鸡,使宝鸡峡不能修建高坝,渭河水无法引上塬地,又如金沙江龙街水电站的正常高水位与成昆铁路南段有矛盾,不得不降低减少发电出力。

(2)铁路新线与河流梯级开发的矛盾:铁路选线以通过河谷川地最为经济,但在河流上修建水工建筑物以后,铁道线路不得不抬高至正常高水位以上,因此铁路造价增加很多,一般山岭路线的建筑费比河谷线高1~2倍。因此河流梯级开发与铁道修建,特别是西南山地高原区,关系十分密切,如果河流梯级开发方案不确定,铁道是很难确定线路的。根据西南地区铁路网规划,在今后15年内将修建主要干线1420km,一般干线14400km,地方线13900km,共约42500km,(不包括各种专用线和复线在内)。西南地区地形十分复杂,起伏坡度很大,铁路沿河谷选线更为重要,因而与河流梯级开发的干扰也特别大。像大渡河、雅砻河、金沙江、嘉陵江等河谷都将有铁路经过。如果水库正常高水位没有确定,铁路的定线工作也很难进行,又如汉口至重庆的铁路计划沿清江上行,线路与清江梯级开发也就有矛盾。

(3)铁路桥梁与水工建筑物的结合问题:铁路穿越大江大河修建桥梁的费用十分巨大,河流拦河水工建筑物与桥梁结合可能节省不少投资。在目前已经提出需要结合的有黄河干流任家堆、龙门、碛石和岗李等,将来这种结合的要求可能增加。铁路桥梁与水工建筑物的结合在目前主要存在三个问题:第一,两者修建期限的配合有困难,如像黄河龙门枢纽,侯(马)西(安)铁路原拟通过坝顶,但现在龙门枢纽一时不能定案,铁道部门只好另建桥梁。第二,火车通过水工建筑物时对水工建筑物结构的影响,对坝选择的要求现在尚缺乏技术研究。第三,铁路过坝往往要增加线路长度,其经济性和合理性如何?亦须研究。

总之,今后水利水电部门与铁道部门规划工作的协调,是急需解决的。 Qj9PZYjz1IpGgbhvtuPGP5G35KxGazG7wj6ix5ddPHgt6f19x0GCtYrCJ6qonIjr

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