新豐江入庫(kù)流量測(cè)量誤差分析

歐陽(yáng)麗

(粵電新豐江發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電部水調(diào)班，廣東河源 517021)

0 前言

新豐江水電站位于廣東省河源市境內(nèi)、珠江水系東江支流新豐江下游亞婆山峽谷出口處，距河源市約6 km。新豐江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，西北為九連山脈，東南為燈塔盆地，地勢(shì)由西北向東南傾斜，流域內(nèi)水量充沛，主要受鋒面雨和臺(tái)風(fēng)雨影響。降雨特點(diǎn)為雨量多、強(qiáng)度大、汛期長(zhǎng)，時(shí)程及地區(qū)分布不均。汛期分前汛期和后汛期，4—6月份為前汛期，來(lái)水占全年來(lái)水的48%;7—9月份為后汛期，來(lái)水占全年來(lái)水的31%;整個(gè)汛期來(lái)水約占全年來(lái)水的80%。壩址以上流域面積5 734 km2，流域多年平均降雨量1 774 mm，多年平均流量190 m3/s，庫(kù)容系數(shù)107%，屬多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。相對(duì)其他水庫(kù)來(lái)水，主要特點(diǎn)是水面面積寬，水位對(duì)入庫(kù)流量功率反推影響大。流域內(nèi)主要分布著4條比較大的河流:新豐水，連平水，大席水，船塘水。

1 水量平衡公式

水量平衡的計(jì)算公式為:

式中:Q入為入庫(kù)流量;Q發(fā)為發(fā)電流量;Q泄為泄洪流量;Q蒸為蒸發(fā)流量;Q供為供水流量;Q滲為滲漏流量;△V為△T時(shí)段長(zhǎng)的庫(kù)容差;△T為時(shí)段長(zhǎng)。

2 反推入庫(kù)流量誤差分析

2.1 蒸發(fā)流量

新豐江發(fā)電公司經(jīng)過(guò)多年蒸發(fā)測(cè)量，在30多年的基礎(chǔ)上，分1—12個(gè)月制定出新豐江水庫(kù)12條水位蒸發(fā)流量曲線。然后根據(jù)蒸發(fā)流量曲線查找蒸發(fā)流量。這就導(dǎo)致一個(gè)采用平均值代替樣本的誤差。為了研究，我們選取蒸發(fā)量大的7月份。新豐江水庫(kù)水位在111 m時(shí)，7月多年平均日蒸發(fā)流量10 m3/s，而最大日蒸發(fā)流量20 m3/s，最小日蒸發(fā)流量0 m3/s。因此，蒸發(fā)流量對(duì)入庫(kù)日平均流量影響誤差為10 m3/s。在水庫(kù)蒸發(fā)量大于多年平均值時(shí)，計(jì)算出來(lái)的日平均入庫(kù)流量偏少。當(dāng)水面蒸發(fā)量少于多年平均蒸發(fā)量時(shí)，計(jì)算日平均入庫(kù)流量偏多。

2.2 庫(kù)容差

庫(kù)容差是當(dāng)前水位庫(kù)容與前1 d水位庫(kù)容之差，其影響因素是水位。由于水庫(kù)水面面積大，水位每變動(dòng)1 mm，反推入庫(kù)影響幅度比較大。。而水庫(kù)水位與機(jī)組運(yùn)行狀況以及天氣因素——風(fēng)都有極大關(guān)系。下面從這兩方面進(jìn)行分析論證。水庫(kù)水位在各個(gè)水位值的影響量見(jiàn)表1。

表1 水庫(kù)水位每變動(dòng)1 mm對(duì)小時(shí)平均入庫(kù)流量的影響

2.2.1 機(jī)組運(yùn)行狀況

機(jī)組運(yùn)行狀況通過(guò)發(fā)電流量影響入庫(kù)流量。通過(guò)分析，發(fā)電流量與入庫(kù)流量相關(guān)系數(shù)為0.33，為正相關(guān)。在反推小時(shí)入庫(kù)流量時(shí)，受開(kāi)停機(jī)影響比較嚴(yán)重。從圖1可以看出:在第5小時(shí)、第29小時(shí)和49小時(shí)的時(shí)候，流量突然增大。究其原因，是因?yàn)榈?小時(shí)48分停機(jī)，第28小時(shí)49分停機(jī)，第48小時(shí)10分機(jī)組停機(jī)，河流受到大壩的攔截，水流由流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，從而壅高水位。而又因?yàn)樾仑S江水庫(kù)壩上水位采用前40 min的移動(dòng)平均值，也就是說(shuō)遙測(cè)水位比實(shí)際水位值滯后20 min，剛好影響停機(jī)時(shí)段的小時(shí)反推流量。雖然新豐江的水位采用了40 min內(nèi)采集160次水位，并對(duì)其求平均值。但是由于新豐江水庫(kù)的水位計(jì)安裝的離發(fā)電機(jī)進(jìn)水口不足90 m，所以該方法只能消除水庫(kù)正常的正弦波動(dòng)，而不能消除由于機(jī)組的關(guān)閉而引起的水位壅高。第5、29、49小時(shí)停機(jī)對(duì)小時(shí)反推流量影響，流量突然增大，相對(duì)停機(jī)13時(shí)的反推入庫(kù)流量，差值達(dá)到了600 m3/s，也就是說(shuō)影響水位變動(dòng)了9 mm，換算成對(duì)日平均流量影響達(dá)到了25 m3/s，見(jiàn)圖1。

圖1 新豐江水庫(kù)20120618負(fù)荷入庫(kù)流量關(guān)系圖

2.2.2 風(fēng)速對(duì)入庫(kù)流量影響分析

由于水庫(kù)庫(kù)面面積大，116 m時(shí)庫(kù)面積達(dá)到364 km2，而入庫(kù)流量相對(duì)比較小，在2011年12月份的平均入庫(kù)流量才38.4 m3/s。因此，水庫(kù)每變動(dòng)1 mm，影響日平均入庫(kù)流量達(dá)到2.5～4.5 m3/s(水位和庫(kù)容不同影響不同)。為了驗(yàn)證風(fēng)速的影響，我們選取2011年12月份(選取原因?yàn)楸驹聸](méi)有降雨，且前期也有10 d沒(méi)有降雨，所以本月入庫(kù)為基流)。

我們選取河源站的氣象資料風(fēng)速和入庫(kù)流量做相關(guān)關(guān)系分析。發(fā)現(xiàn)他們的相關(guān)系數(shù)為－0.28，也就是說(shuō)它們是負(fù)相關(guān)的。

因?yàn)樾仑S江水庫(kù)內(nèi)有數(shù)量眾多的小水電，為了剔除小水電對(duì)入庫(kù)影響，我們選取水庫(kù)內(nèi)兩各控制站入庫(kù)流量比較平順階段16－19日，順天和岳城水文站控制流域面積占水庫(kù)總流域面積的1/3，可以認(rèn)為已經(jīng)排除小水電影響。5日最低風(fēng)速10 m/s時(shí)入庫(kù)流量為30 m3/s，而到達(dá) 10日最高風(fēng)速30 m/s時(shí)入庫(kù)流量為14.3 m/s，流量變動(dòng)約為15 m3/s。因此我們認(rèn)為在風(fēng)速達(dá)到30 m/s，通過(guò)影響水位影響日平均入庫(kù)流量計(jì)算達(dá)到15 m3/s，見(jiàn)圖2。同時(shí)，我們認(rèn)為風(fēng)向也是影響因素之一，風(fēng)向不同，影響不同，見(jiàn)表2。

表2 新豐江2011年12月份入庫(kù)流量與風(fēng)向風(fēng)速關(guān)系

圖2 入庫(kù)流量與風(fēng)速關(guān)系圖

2.3 發(fā)電流量及泄洪流量

新豐江發(fā)電公司經(jīng)過(guò)多年效率試驗(yàn)，基本上對(duì)NHQ曲線進(jìn)行多次修正，已經(jīng)比較符合實(shí)際，本文不再展開(kāi)論述。當(dāng)然，如果能夠采用實(shí)測(cè)發(fā)電流量，那肯定能減少誤差。新豐江水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，泄洪很少，10多年才泄洪1次，資料很少，本文不再展開(kāi)論述。發(fā)電流量及泄洪流量如前面已經(jīng)論述，因?yàn)樗徽颈容^接近壩體，發(fā)電流量及泄洪流量通過(guò)對(duì)水位施加影響從而影響庫(kù)容差，進(jìn)而影響入庫(kù)流量，并且，隨著它們的流量的加大，影響隨之加大。

2.4 滲漏損失

由于水庫(kù)多年運(yùn)行后，滲漏已經(jīng)比較穩(wěn)定，大約1萬(wàn)m3，基本可以忽略。

3 結(jié)論

通過(guò)以上分析，我們認(rèn)為新豐江反推入庫(kù)流量受到了3個(gè)方面的影響，結(jié)論如下:

1)在當(dāng)前的入庫(kù)流量反推模式下，水面蒸發(fā)量與多年平均蒸發(fā)量的差值影響到反推日平均入庫(kù)流量的偏差，影響值最大為10 m3/s。

2)由于遙測(cè)水位太靠近進(jìn)水口，所以受到開(kāi)停機(jī)或泄洪的影響。對(duì)新豐江水庫(kù)的小時(shí)平均反推入庫(kù)流量，在裝機(jī)容量范圍內(nèi)影響值最大為600 m3/s，折算成日平均流量為25 m3/s。在泄洪時(shí)，影響值隨著下泄流量不同而不同。

3)風(fēng)速對(duì)入庫(kù)流量起到負(fù)相關(guān)的作用。影響為30 m/s的風(fēng)速，對(duì)入庫(kù)影響達(dá)到15 m3/s，也就是說(shuō)可以影響水位5 mm。由于這個(gè)是風(fēng)對(duì)寬闊的水面形成一個(gè)波降，從而影響對(duì)入庫(kù)流量的反推。其影響規(guī)律為，隨著冷空氣入侵，庫(kù)面起風(fēng)，水位比實(shí)際偏低，反推的入庫(kù)流量偏小;隨著風(fēng)速停止后，入庫(kù)流量恢復(fù)到原來(lái)水平。

4 建議

1)在枯水期，風(fēng)速和小水電對(duì)預(yù)報(bào)入庫(kù)流量精度影響很大，建議在刮風(fēng)時(shí)適當(dāng)調(diào)整，風(fēng)速在30 m/s時(shí)，調(diào)整入庫(kù)流量不超過(guò)15 m3/s。

2)在條件允許的情況下，把遙測(cè)水位計(jì)盡量往上游搬遷以排除開(kāi)停機(jī)或泄洪對(duì)水庫(kù)水位的影響。

3)在條件允許的情況下安裝遙測(cè)蒸發(fā)測(cè)量裝置。

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