俄羅斯水資源及其利用

2021-01-15 中國水網

阿薩林 А.Е.,工程院院士,科學技術博士

波拉德-札捷 Л.А.,水利建築聯合股份公司董事會主席,俄羅斯和國際工程院院士

謝苗諾夫 А.Н.,俄羅斯大壩委員會主席,俄羅斯和國際工程院院士

總體特徵。俄羅斯河流平均年徑流量,在河口處的總量約為4萬億方,居世界第二位(在巴西之後),但徑流量的分布很不均衡。在俄羅斯的歐洲部分,佔俄羅斯人口的80%,但河流徑流量只有8%。

河川徑流天然變幅:最枯水年的徑流量,只有多年正常值的20-40%,而在個別月份河水流量降到多年平均值的10%。

為可靠的保證用水需要和居民用水,靠水庫來完成河川徑流調節,水庫的總有效庫容為3500億方。這些庫容中的一半都集中在伏爾加-卡馬河梯級水電站水庫中和安加拉-葉尼塞河梯級水電站水庫中。

居民供水的大部分水源是水庫,在這些水庫中有100多座水庫庫容超過1億方,有2萬多座水庫庫容小於1000萬方。靠乾渠河流調水150億方。

1990年後取水量急劇減少,在現在的條件下,估計取水量約為800億方,其中從河流和湖泊取水640億方,差不多有110億方水取自海水。自水流取來的水有10%損失在輸送過程中,而在市政水網中的損失達40%。

按2005年的資料,最大取用淡水(2005年為267億方)的地方是南方聯邦州,那裡水資源最缺少,而農業的潛在用水又是最多。缺水的地方包括:克拉斯諾達爾斯克邊區和斯塔夫羅波爾斯克邊區,羅斯託夫者以及北高加索的一些共和國。在其他聯邦州淡水的取消量:中央聯邦州為143億方,低回流域為115億方,西伯利亞為108億方,在其餘的聯邦州淡水的取水量少些。海水的取水量:我國的西-北部為48億方,我國的遠東各聯邦州為5億方。

俄羅斯每住戶每年平均取用水量為570方或者1500升/晝夜,其中包括經濟-生活用水250升(莫斯科市為446升/晝夜)。

淡水的需用量,比從各種水源的取水總量少25%,主要用水部門的淡水需用量如表1。

從表1可以看出,工業用水佔總需用水量的55%。這一點與單位工業產品有很高的耗水量有關。俄羅斯的每單位國內生產總會耗水量為4.5萬方,而在德國僅為1.5萬方。

灌溉。最近15年俄羅斯的灌溉面積減少30%,從620萬公頃減少到450萬公頃。而實際灌溉面積約為200萬公頃。

灌溉用水量差不多減少了一倍,從1980年的160億方減少到2005年的89萬方。

捷列科河流域和庫班河流域灌溉用水量減少了很多,這兩條河流域的灌溉特別高。

伏爾加河流域的灌溉用水量差不多減少了四倍,而伏爾加河的支流伊勒特什河流域的灌溉用水量減少了8倍。按照俄羅斯農業科學院專家的評估,為了保證俄羅斯農民在農產品方面的穩定收入,必須保證灌溉面積多於1000萬公頃。關於這個解決俄羅斯糧倉問題的可能性,可以按表2的數據來判斷。

在未來十幾年,灌溉用水量列於表3中。

從表3可以看出,灌溉範圍是以用水量來表徵,到2030年灌溉面積只有相當於1980年水平的80%,在伏爾加河流域,灌溉面積大約只有1985年的一半,但是,只有捷列科河流域的灌溉面積預計會超過1985年的灌溉面積的15%。

居民供水。正如上述指出,我國居民經濟生活用水,大約平均每人每天250升/晝夜。但是,居民的市政供水狀況不能滿足要求。在農村的居民用水量減少到50升/晝夜。只是在我國這部分居民不多(少於100萬人),這些人的生活用水取自一類地表水。

取用淡水量,在當前的十幾年與經濟發展有關(列於表4)。

水運。俄羅斯內河航運,包括河流和湖泊,總裡程為10萬公裡。

最近15年水運減少很多(表5)。

在俄羅斯歐洲部分的「統一深水航道系統」中,可以實現「河-海」無需中轉站的通航,「河海」通航包括波羅的海,白海,裏海,亞速海,黑海和地中海各中轉港口之間,但古比雪夫水庫上遊的伏爾加河河段和卡馬河河段有點困難。當切包克薩勒水庫和下卡馬河水庫的水位低於設計水位時,會使下果羅斯克水力樞紐水閘底坎和包特金水力樞紐水閘底坎,以及這兩座水庫下遊很長一段水路的水深,不能滿足通航要求的4米水深。現在在伏爾加河和卡馬河貨物中轉的損失每年約250萬噸,未來這個損失還會增加。

解決下果勒斯克水力樞紐和包特金水力樞紐下遊的通航問題,最主要的措施是使下卡馬河水力樞紐的水位和切包克薩勒水力樞紐的水位提高到設計高程68.0米(水庫正常擋水位),水庫水位的抬高,會淹沒塔勒斯塔,馬利衣-勒和下果勒斯克省,要用很大一筆資金賠償因淹沒造成的損失。解決切包克薩勒-下諾弗果羅德之間的通航問題,另一個辦法是,在下諾弗果羅德市修建交通水力樞紐(水閘和公路橋梁)。

2005年5月12日俄羅斯聯邦政府作出了「2020年前俄羅斯交通運輸戰略」的決定,決定規定發行和大修現有的通航水力樞紐,發送北部邊疆地區的水運服務設施,準備修建國際交通運輸走廊,其中包括北-南方交通運輸走廊,建議修建「歐亞國際海運運河」,將亞速海和裏海連接起來,「歐亞國際海運運河」全長約800公裡,總跌差54米。建立「歐亞海運運河」籌備處,領導設計前期的準備工作。

漁業。現在俄羅斯的內河,包括湖泊在內,漁業水面面積為22.5萬平方公裡,水庫漁業水面面積4.3萬平方公裡,漁業河流長52.0萬公裡。

湖泊漁業主要集中在大湖泊(湖泊水面面積大於100平方公裡)和中等湖泊(湖泊水面面積小於100平方公裡),俄羅斯大中湖泊總水面面積13.6萬平方公裡。這些湖泊中的多數屬工業捕魚和業餘捕魚。

小的湖泊(水面面積小於10平方公裡)漁業總水面面積為8.9萬平方公裡,主要集中在俄羅斯工業地區和人口稠密地區,位於偏遠和難於去到之處的湖泊,這些湖泊的漁業實際上沒有利用。

伏爾加河下遊,頓河下遊,西伯利亞河流(鄂畢河-伊勒特什河法度,葉尼塞河流域,勒拿河,亞納河,克雷姆河和伊吉格勒克河),遠東和俄羅斯西北部的河流捕漁業和漁業儲藏加工業,都有著重要意義。可以捕魚的河流總長約20萬公裡。

最大和有重要意義的捕漁業水庫都位於沿伏爾加河,俄羅斯南方和西伯利亞。最近幾年從河流,湖泊和水庫的捕魚量列於表6中。

俄羅斯從湖泊捕魚量2.8萬噸中,下面一些湖泊佔有40%:拉多什湖捕魚量約3000噸,敖湮什湖捕魚量約為2000噸,帕斯科夫斯克-丘德斯克湖捕魚量約為4000噸,貝加爾湖捕魚量約為3000噸。

俄羅斯主要河流的捕魚量列於表7中。

捕撈珍貴魚種,其中包括鱘魚,這種魚生長在伏爾加河下遊,並在很大程度上與伏爾加-阿科畢斯克灘地和伏爾加三角州的水量有關,與灘地和三角洲產卵範圍內的水量有關。40多年來每年春天從低回格勒水庫專門放水,以保證這種珍貴魚種產卵生長。為了淹沒產卵的範圍,必需的最大流量為2.8萬立方米/秒,這將超過茹古列夫斯克水電站,薩拉託夫水電站和伏爾加格勒水電站水輪機過水能力的一倍。這幾座水電站年發電量的損失與年水量有關,約在0.5-2.0萬億瓦小時。

俄羅斯聯邦在淡水水域的未來捕魚量「2005年為11.0萬噸,2010年為13.0萬噸,2030年為14萬噸。

基於上述數據資料,可以形成下列看法:近年俄羅斯聯邦政府作出了一系列決定、規定:「保證俄羅斯居民的經濟生活用水」和「發展俄羅斯交通運輸戰略」,這些都必須實現。與此同時,還提出來了「農田灌溉」計劃,在這個計劃中應當規定灌溉發展範圍,行政區域和水源,在這個基礎上的灌溉最適宜和有經濟效益。

水電。俄羅斯河流的水電資源儲量,按1967年的評估為850萬億瓦小時。主要(佔86%)分布在五條河流流域上:葉尼塞河佔34%,勒拿河佔27%,鄂畢河佔11%,黑龍江佔7%,伏爾加河佔7%。

現在俄羅斯水電站的年平均發電量,水電站的總裝機容量為170萬億瓦小時,或者是佔河流水電資源儲量的20%。但水電資源在國內的開發分布與需求很不成比例,已開發利用的水電資源分布為:我國的歐洲部分約佔40%,西伯利亞約佔23%,遠東少於6%。

在上個世紀60年代,70年代和80年代初期大力發展了水電事業,從1960年到1990年俄羅斯聯邦共生產電力135萬億瓦小時,最近15年電力生產急劇下降。從1990年到2006年水電發展機組投入運用的總裝機容量約2500兆瓦,其中茲果勒斯克抽水蓄能電站裝機容量600兆瓦,布列依斯克水電站裝機容量1000兆瓦,其中為產經高加索的水電站,其中尹勒加納衣斯克水電站裝機容量400兆瓦。

在發展俄羅斯水電方面,抽水蓄能電站應當起到特別的作用。

分析俄羅斯電力發展的預測參數表明,俄羅斯統一電力系統歐洲部分負荷圖變化部分,到2020年的增長比2005年大於30%,而在發電容量的結構中,基礎電站部分會增加。主要電力仍然是火電站(在發電容量的結構中,火電站的比重仍然會保持在60-70%的水平)。這會導致聯合電力系統歐洲部分的狀況更加緊張,因為是受到下列因素的影響:

在發電容量的結構中,大力增加原子能電站部分;

在俄羅斯歐洲部分修建水電站,實際上有可能停止(水電是最易調度的能源);

增加火電站的設備容量,以降低火電站可調節的區間;

對大型水電站的運行制度(在伏爾加河和其他河流上)要提出更加嚴格的生態要求。

解決這些問題的辦法,是靠修建抽水蓄能電站,抽水蓄能電站具有可最易調度的優越性。

2020年前俄羅斯電力建設的戰略,是把修建抽水蓄能電站作為俄羅斯電力發展的主要方向之一。

近幾年來對水電的作用及其發展計劃發生了變化。對電力需求的重要改變成了決定因素。俄羅斯聯邦計劃在2020年前的電力增加1.7-1.8倍,即平均增長速度每年4%(不是從前計劃的增長2.5-3.0%)。為了可靠的保證電力需求的增長,在15年內各種類型電站的新增發電容量不得小於1600-1800億瓦。

最大可能修建水電站的區域有:西伯利亞,遠東地區,北高加索地區。

水電聯合股份公司是最大的水電生產公司,該公司為使總數約6000兆瓦裝機容量的水電站儘快投入運用,公司採取了多方的努力,這項水電項目的建設在1990年前就開始了。現在該公司正制訂新電站的建設計劃。

現在設計和科研院所正制訂未來水電發展前景發展大綱,開發規劃。

到2030年前,包括水電站和抽水蓄能電站,共計有80多個水電工程項目,它們的總裝機容量為500億瓦。

水電站總裝機容量按地區的分布列於表8中。

到2010年前新增的水電裝機容量,包括在北高加索正在修建的三座水電站:蘇維埃(卡什哈塔屋),茲拉馬格和奇勒尤勒特-3水電站和三座準備修建的水電站:克拉斯諾波涼斯克-2,上克拉斯諾哥爾斯克和小切列克斯克水電站,總的裝機容量為2000兆瓦,布列衣斯克水電站的裝機容量為2000兆瓦。

從2011-2020年計劃增加水電站裝機容量的數量更大。在這個時期的頭五年(2011-2015年)計劃增加水電站裝機容量4150兆瓦。包古查水電站水電機組預計會投入運行(裝機容量1000兆瓦)。切包克薩勒水電站,通過把水電站的擋水位提高到設計高程68.0米,則可增加切包克薩勒水電站裝機容量590兆瓦。

下個五年(2016-2020年)預計新增水電站裝機容量10300兆瓦。

2021-2025年發展水電計劃最大,這期間的計劃包括:埃維工斯克水電站,裝機容量6000兆瓦,葉尼塞河上的圖維斯克水電站,裝機容量1500兆瓦,維吉木河上的莫克斯克水電站,裝機容量900兆瓦和吉木普頓河支流阿達河上的尹耶斯克水電站,裝機容量760兆瓦。這期間還包括開始開發南阿爾泰的水電資源,這一地區的水電資源儲量約為5000兆瓦。

在發展規劃大綱中的最後5年(2026-2030年)還計劃開發水電站裝機容量7300兆瓦,這其中最大的是中伍丘勒斯克水電站,裝機容量為3330兆瓦,維吉木河上的包塔畢水電站,裝機容量為640兆瓦,什勒科河上的什勒科水電站,裝機容量為700兆瓦以及遠東地區的幾座水電站:大烏蘇勒克上的塔勒湮列切水電站,裝機容量370,以及謝列木德什河上盧西諾夫水電站,裝機容量470,謝列木德什水電站,裝機容量300兆瓦。

所有的水電站,包括上述水電發展規劃大綱中的水電站,俄羅斯水電站的總裝機容量為8400萬千瓦,即差不多增加了兩倍,而多年平均發電量約為3000億瓦小時。這時俄羅斯水電資源儲量的35%將得到了開發利用。這是俄羅斯2030年期間水電發展的前景。

防止水災。俄羅斯有40萬平方公裡的土地受洪水威脅,每年受洪水淹沒,災難性水災有15萬平方公裡,災區有300座城市,有數10萬個村鎮,耕地有700萬公頃。

洪水危險區域有:北高加索,濱海邊區,薩哈林和黑龍江省,外貝加爾,中部和南部烏拉爾,遠東地區。

最近十年,在春汛和夏汛被淹沒和浸沒的損失估計平均在500億盧布(約合20億美元)。在個別年份這個損失還會更大。

水庫在降低水災和減少因淹沒、浸沒帶來的損失方面,直到了重要作用。大水庫的大部分庫容可以攔蓄大量洪水,完全地或者非完全地直到防洪作用。在俄羅斯只有兩座水庫是專門用於防洪的水庫:茲耶河上的茲依斯克水庫(茲耶河是黑龍江的最大支流)和白河上的尤馬古茲斯克水庫(白河是卡馬河的主要支流)。這兩座水庫的技術參數及其防洪效益列於表9中。

黑龍江支流茲耶河上的茲依斯克水庫是第一座防洪水庫。第二座是白河上的防洪水庫,減少淹沒白河河谷的損失,水庫大壩靠近斯捷勒裡塔馬科市,在市區和附近村鎮有居民91萬人。萬馬古茲斯克水庫的管理工作就規定,在斯捷勒裡塔馬科市的監測軸線處的流量不能超過2200立方米/秒。

大型水電站的水庫,對減少水災造成的損失起到了很大作用。正如上面指出,水庫的有效庫容是我國所有水庫庫容的主要部分。

雖然水力樞紐都有洩水建築物,洩水建築物是水庫的組成部分,在樞紐設計時都考慮了下洩頻率都超過0.1和0.01%的最大洩量,而實際上下洩到下遊的流量要低。如伏爾加格勒水力樞紐(原名史達林格勒),頻率超過0.1%時的最大流量為64000立方米/秒,但當水庫在正常水位時的下洩流量為63000立方米/秒。鑑於伏爾加格勒水庫下遊灘地大量房屋住宅,水庫下洩流量超過30000立方米/秒時,就會導致淹沒部分房屋和浸沒地下室,所以伏爾加格勒水庫的管理者不得不,當發生中等和小於中等洪水時,就得限制下遊流量。這個不得不採取的辦法,並非原設計就有的,使最大流量降低了的特徵值列於表10中。

應當指出,水災主要發生在非調節河流上:如勒拿河,2001年和2007年由於水位升高而造成了淹沒。

編輯:肖瓊

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