建设项目取水合理性及节水评价分析

——以井陉县张河湾水电站为例

李凯

（1. 河北隆源水务技术咨询有限公司，石家庄市 050061）

摘要：根据《建设项目水资源论证导则》（GB/T35580-2017）和《水利水电建设项目水资源论证导则》（SL525-2011），考虑水电站取用水过程不同于一般建设项目，借助张河湾水库调度方案，从取水合理性、下泄生态水量、节水评价三方面进行分析。

关键词：水电站；取水；生态水量；节水；节水评价

1 取水合理性

1.1电站运行调度原则

（1）张河湾水库调度方案

张河湾水库属于年调节水库，设计防洪标准是100年一遇，校核标准是1000年一遇，其主要功能是防洪，同时为蓄能电站供水、下游灌溉、小水电站发电。水库正常蓄水位488m，死水位464m，汛限水位478m，保证抽水蓄能电站发电水位471m，校核洪水位488.1m，总库容8330万m³。

根据水库调度方案，水库的兴利调度任务是保蓄能电站用水、下游灌溉用水、小水电发电用水的次序确定优先供水目标。汛期水位控制在478m以下，9月1日后可蓄至正常水位488m，至5月底水位调至471m。

由于水库建设较早，未考虑生态水量，根据有关规定本次增加生态水量，故水库的兴利调度任务按照保蓄能电站用水、生态水量、下游灌溉用水、小水电发电用水的次序确定优先供水目标。

（2）电站运行调度方案

本项目属于张河湾水库配套工程，电站运行调度需服从上述水库调度方案。

灌溉期无弃水，利用生态水量和灌溉用水发电；灌溉期无弃水且枯水年无灌溉用水，利用生态水量发电；灌溉期有弃水，利用生态水量、灌溉用水和弃水之和发电。

非灌溉期无弃水，利用生态水量发电；非灌溉期有弃水，利用生态水量和弃水之和发电。

1.2 机组选型合理性分析

1、机组参数：

水轮机型号：2×HLA696-WJ-60，额定出力345.6kw，额定转速600r/min，设计水头27.8m，设计流量2×1.4m³/s。发电机型号：2×SFWG320-10/850，额定功率320kW，额定电压400V，额定电流557A。

2、用水流程:

本水电站为坝后式电站，工程主要任务为单一发电，无其他用水工艺。水电站用水工艺流程为：水库水位（正常蓄水位488m，蓄能发电最低水位471m）—压力管道—厂房发电—尾水渠排水（正常尾水位447.4m，最低尾水位447.05m），本项目设计水头27.8m。

3、机组选型合理：

根据《河北省井陉县张河湾水电站建设工程初步设计说明书》，电站机组选型是通过对多种方案的设备利用率、水量利用率等指标的对比基础上，结合该项目特点确定，因此，机组选型合理。

2 最小生态水量及其合理性分析

2.1 最小生态水量计算

根据《农村水电增效扩容改造河流生态修复指导意见》，生态流量计算包括生态基流和敏感生态需水计算。结合甘陶河实际情况，本项目不涉及生态敏感区，故只考虑生态基流。

本次采用Tennant法计算河道生态基流。

Tennant法是将多年平均天然流量的10%-30%作为生态基流，此外，根据《导则》中“河道生态需水量原则上按多年平均流量的10%~20%确定，且对于水资源丰沛的山区河流，经实地调查后，减水河段内无需保护的生境和生物，无人畜饮水问题时，最小下泄流量可适当放宽”的规定，本次按照水电站坝址处多年天然平均径流量（6712.16万m³）的10%计算（671.22万m³），经分析计算，最小生态水量为671.22万m³（0.21m³/s）。

2.2 下泄方案分析

本项目属于张河湾水库配套工程，生态水量本应有水库下泄，但水库建设时间较早，未制定生态水量下泄方案，本次提出下泄方案。

为了提高电站发电效益，在满足生态水量的需求下，应充分利用水能，生态水量经本项目机组后在距厂房21m处的西跃渠泄水闸下泄至甘陶河河道内。

根据电站发电取水的不同，并考虑北方河流特性，生态水量实施阶段性下泄，具体下泄方案如下：

（1）当电站仅利用生态水量发电时：为保证生态水量每天可下泄，采取单机满发运行，日平均开机时间3h即可满足要求。生态水量经机组后排入西跃渠，此时关闭西跃渠上的节制闸，开启泄水闸，闸门全开。

（2）当电站利用生态水量和西跃渠下游灌溉用水发电时：考虑下游灌溉，下泄方式有节制闸和泄水闸联合控制，即满足灌溉流量（2.13m³/s）又可实现生态水量连续下泄，经闸孔出流计算，节制闸开度0.65m，泄水闸开度0.4m。

（3）当电站利用生态水量、弃水和西跃渠下游灌溉用水发电时：生态水量按0.21m³/s流量连续下泄，泄水闸开度0.4m。

闸门开度计算：根据《小型水电站下游河道减脱水防治技术导则》（SL/T793-2020），通过计算得到最小生态下泄流量对应的闸门开度，闸孔出流计算公式如下：

；

式中：Q—下泄流量，m³/s；^—淹没系数； —闸孔流量系数； —闸门开度，m； —溢流宽度，m； —计入行近流速水头的堰顶水头（m）；H—堰上水头（m）；V

₀—行进流速； —行进流速系数，取1.0。

3 节水评价分析

3.1 用水过程分析

本水电站为坝后式电站，属于水力发电工程，为非耗水项目，自库区取水后经压力管道至厂房发电，发电尾水流至西跃渠或下游河道。整个用水过程为封闭式，无其他水量损失，节水潜力较小。

张河湾水电站为坝后式水电站，为单一发电工程，无其他用水工艺，设计过机流量2.8m³/s，水电站装机容量640kW。

张河湾水电站利用水库灌溉用水和弃水发电，设计多年平均年发电量254.9万kW•h，设计年利用小时数3983h，设计多年平均发电取水量为4014.86万m³。本次分析论证后多年平均发电量为178.51万kW•h，年利用小时数2789h，多年平均发电取水量为2868.37万m³。

3.2用水水平评价

水力发电工程无固定用水定额，在不同发电水头情况下单位电能用水量各不相同，水头越高，单位电能用水量越少。单位电能用水量计算如下：

Q—单位电能用水量（m³/kW∙h）； —水轮机效率，0.85； —发电机效率，0.95；H—设计水头，27.8m。

经计算，本电站单位电能用水量为16m³/kW∙h。

3.3现状节水水平评价

水电站为水力发电工程，为非耗水项目，由于水力发电项目用水的特殊性，从用水工艺角度分析，其节水潜力不大。

该水电站为坝后式电站，有库区通过压力管道引水至厂房，引水过程处于封闭状态，基本不存在渗漏和蒸发损失，节水水平相对较高。

3.4污水处理及回用合理性分析

水电站运行主要是利用水能资源进行发电，发电尾水是上游来水经过水轮机发电机组发电后排出的水体，运行过程中不消耗水量，来水发电后尾水排入西跃渠用于下游灌溉或排入甘陶河，引水过程中不发生化学反应，发电前后水质不变化。

4 结论及建议

结论：

水力发电项目用水的特殊性，其用水工艺简单，基本不存在渗漏和蒸发损失，其综合效率基本满足要求，用水合理，节水水平相对较高，发电前后水质不变化。

建议：

（1）提高机组效率

目前水电站采用的水轮机已经运行多年，机组效率有所下降，但仍在高效区工作，若后期条件具备，建议更换新型转轮，进一步提高机组效率。

（2）优化调度运用方式

水电站设备完好、安全发电是降低耗水率、提高水能利用的前提和条件。若由于设备问题，或事故检修，将会造成非计划弃水，严重影响水能利用率。建议水电站实行计划检修制度。

作者姓名：李凯

性别：男

学历：大学本科

籍贯：河北省石家庄市

民族：汉

出生年月：1990.1

现有职称：工程师

研究方向：节水及水资源研究

3