梯級水電開發

梯級水電開發是指從河流或河段的上游到下游，呈階梯形地修建一系列水電站，以充分利用水能資源的開發方式。梯級水電開發是利用河流水能資源的一種方式。河流梯級開發中的每一座水電站，稱為梯級水電站或梯級工程。

規劃

梯級水電開發的規劃步驟大致如下：

• 收集、研究全河或有關河段的地形、地質、水文、社會經濟及生態環境等基本資料。
• 收集、研究規劃區域內近期和遠景的電力需要和防洪、灌溉、城鄉供水、航運、過木、過魚、泥沙處理及環境保護等綜合利用要求。
• 勘察選定可能的開發地址。
• 對選定的梯級站址按重要程度進行不同深度的勘測研究工作。
• 對每一個梯級站址研究其可能的不同開發方式和規模。對各個可能的比較方案進行優化選擇。
• 對由梯級工程組合成的若干個梯級開發方案，進行優選，選出最優的梯級開發方案。
• 上述兩個優選過程是互相聯繫、互相影響的。利用電子計算機能較好地解決這一多變量、多層次、多目標的優選過程。
• 在選定的河流梯級開發方案中選出第一期工程或近期開發的工程。同時，研究其他梯級工程進一步開發的程序，以及下一階段應當進行的工作。
• 對於第一期工程或近期開發的工程，進行比其他梯級工程更為深入的勘測設計工作。

在梯級開發規劃中，水電站的尾水位往往與下一梯級水電站的正常蓄水位相銜接，或略有重疊，以充分利用河流的落差。但在某些局部河段，由於有大片的農田，重要的居民區、城市，主要的交通設施或重要的古蹟等，為了避免造成代價過大的淹沒，經過研究論證，可以放棄這一河段落差的利用。

在河流梯級開發規劃方案中，有一些梯級水電站因水庫的調節能力很小，或沒有調節能力，其作用主要是開發利用所在河段的落差。另一些梯級水電站則具有很大的水庫，對河流流量調節的能力很大。這些大水庫往往又具有廣泛的綜合利用功能，是一些關鍵性的梯級工程，在規劃中必須特別予以重視。位於河流上游的大水庫，對全河流量都有調節作用，影響極大，有時被稱為龍頭水庫，如黃河上游的龍羊峽水電站的水庫。各個梯級水電站庫容的大小，主要取決於當地的地形、地質條件，也受到淹沒損失的制約。

河流主要支流的開發，在流量調節、梯級布置和開發次序等方面會對幹流的開發產生重要的影響。因此，在研究幹流梯級開發規劃時，也應研究一些重要支流的開發問題。

河流綜合利用各方面對水庫的要求既有共同之處，又有不同之處。在水庫的規模、位置及運用方式等問題上，發電、防洪、灌溉、城鄉供水、航運、過木、過魚、泥沙處理和環境保護等方面都會有不同的要求。河流的綜合利用是一項十分複雜的工作。在河流梯級開發規劃中，必須慎重處理各有關方面的要求和影響。

在發電方面，上游水庫的調節可以對下游的每一個梯級電站產生效益，增加其保證出力和發電量。上游水庫的位置愈高，庫容愈大，其效益也愈大，這種水庫稱為蓄能水庫。水庫中每一單位體積的水量所蘊藏的電能，不僅是按水庫本身所利用的落差計算，而且把下游全部梯級所利用的落差計算進去，所算得的電量遠大於該水庫本身的發電量。

在防洪方面，既要考慮防洪所需的庫容，又要考慮防洪水庫和被保護地區的相對位置。一般情況下，離被保護地區愈近的水庫，其防洪作用愈大。

在灌溉方面，要考慮到可能發展的灌區位置、規模、用水量及其季節分配，以及取水口的位置等因素對河流梯級開發規劃的影響。

在城鄉供水方面，要考慮供水範圍、供水量、對水質的要求，以及廢污水處理和排放等問題及其對河流梯級開發規劃的影響。

在航運方面，規劃梯級水電開發時，要考慮梯級渠化規劃。除了在樞紐布置中安排適當的通航設施外，還要考慮在水庫回水末端儘可能保持足夠的通航水深，以及在水電站下游由於發電出力變化而引起的下游流量及水位變化對航運的影響。

河流的梯級開發是一個不斷發展的認識過程。隨着開發規劃的逐步實施，對規劃方案不斷進行修訂是必要的。中國的黃河梯級開發規劃、紅水河梯級開發規劃等都曾進行過多次的修訂。 美國的哥倫比亞河梯級開發規劃在過去的50年內已進行過5次修訂。

由於計算工具和計算方法的發展，河流梯級開發的規劃工作也得到了重大的改進。利用計算機有可能把具有大量數據的比較方案，在較短時間內完成優化計算。

實施

梯級規劃中所選出的第一期工程是在規劃河流上應予首先興建的工程。其他梯級工程也應按合理的次序陸續修建。

一條河流的梯級開發方案是一個有機的整體。各個梯級工程之間存在着互相影響、互相依存和互相制約的關係。

在開發順序上，上游水庫庫容較大的水電站宜儘早修建，取得調節流量的效益。下游的一些無調節或少調節的梯級電站，則宜在上游水庫庫容較大的水電站建成後再進行修建，以保證較好的供電質量。

在經濟指標上，上游水庫庫容較大的水電站由於工程規模和水庫淹沒的費用往往較大，其單位容量投資也較大。位於下游的梯級電站的單位容量投資則往往較小。在此情況下，當安排開發程序時，不宜孤立地評價各個梯級電站單獨的經濟指標，而要全面地評價整個梯級開發方案的整體經濟指標，使具有調節水庫的電站和缺少調節能力的電站在開發程序中得到恰當的安排。

在梯級開發方案的實施中，還要使各個梯級電站的施工期儘可能互相銜接，保持較好的連續性。一支施工隊伍在同一條河流上連續修建一系列的梯級工程，在降低造價、縮短工期等方面可以取得較大成效，已有許多實例可以證明。在同一條河流上從事勘測、設計、施工的技術人員，也易於積累經驗，提高技術水平。

為了保證梯級開發實施的合理性和連續性，需注意選擇第一期工程的規模和梯級方案的總規模，使其既能符合地區或合理供電範圍內電力增長的要求，又能適應資金籌集的要求。

例子

世界各國普遍重視河流梯級開發，一般在上游儘可能地修建調節性能好的大水庫，中下游根據綜合利用要求和開發條件布置各個梯級，而其開發順序則根據整體經濟指標的要求合理安排。如哥倫比亞河，上游在加拿大，下游在美國，幹流長約2000km，落差808m，分15級開發。美國於1932年一1972年先建11級水電站，共裝機1172萬kW，後擴建為1953萬kW。1961年，美國和加拿大簽訂哥倫比亞條約。條約規定，加拿大在上游建3座水庫，其中1座在支流。加拿大在幹流2級電站已建成，裝機363萬kW。又如加拿大詹姆斯灣的拉格朗德河處於北緯53度。以上的嚴寒地區，長861km，計劃修建7級水電站，總裝機容量1523.6萬kW。從1973年開始陸續興建了第2級、第3級、第4級和第1級等4座大水電站，裝機容量分別為533萬kW、230萬kW、265萬kW和137萬kW。1998年拉格朗德二級水電站擴建為732.6萬kW。

參考文獻

• 馬光文，劉金煥，李菊.流域梯級水電站群聯合優化運行.中國電力出版社,2008.