利用區(qū)間流量修正緊水灘電站閘門泄流曲線

(浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000)

利用區(qū)間流量修正緊水灘電站閘門泄流曲線

陳其遠(yuǎn)

(浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000)

緊水灘水電站開閘泄洪時(shí)，計(jì)算的石塘水電站區(qū)間水量與區(qū)間控制站計(jì)算的水量誤差較大。本文通過對(duì)緊水灘電站泄洪期間日、時(shí)段水量平衡誤差趨勢(shì)以及兩座水電站出、入庫水量平衡原理分析，查找了引起誤差的關(guān)鍵原因；通過閘門流量曲線誤差的分析，確定了泄流曲線誤差與區(qū)間控制站流量的因果關(guān)系；對(duì)閘門泄流曲線進(jìn)行了修正，使修正后閘門泄流曲線查算流量誤差符合水文計(jì)算規(guī)范要求，使上下水庫水量平衡計(jì)算更加合理，為防洪調(diào)度提供了更加準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料。

閘門泄流曲線誤差； 平衡計(jì)算原理； 石塘區(qū)間； 緊水灘水庫

準(zhǔn)確的出庫、入庫資料是水庫防洪與興利調(diào)度的重要依據(jù)，是保證大壩安全和水庫安全度汛的基礎(chǔ)資料，它不僅影響到水庫洪水預(yù)報(bào)精度的評(píng)定，而且對(duì)水庫聯(lián)合調(diào)度、防洪度汛以及發(fā)電用水和有關(guān)能量指標(biāo)值起著關(guān)鍵性作用。因此，準(zhǔn)確計(jì)算水庫入庫、出庫水量十分必要。

1 工程簡況

緊水灘水力發(fā)電廠由緊水灘(一級(jí))、石塘(二級(jí))組成梯級(jí)電站，兩站相距25km。壩址均位于浙西南山區(qū)的麗水市云和縣境內(nèi)龍泉溪上，電站是以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、過木、防洪等綜合效用的大(2)型水利樞紐工程。

緊水灘水電站壩址以上集雨面積2761km2，擋水壩為三心雙曲混凝土拱壩，壩高102m，電站為壩后式廠房，裝有6臺(tái)50MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量300MW，布設(shè)泄洪閘門4扇(2淺孔、2中孔)，對(duì)稱布置，最大下泄流量6117m3/s。

石塘水電站壩址以上集水面積3234km2(其中緊水灘2761km2、石塘區(qū)間473km2)。擋水壩為混凝土重力壩，壩高38.9m，電站為壩后式廠房，裝有3臺(tái)28.6MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量85.8MW，布設(shè)弧形泄洪閘門5扇，最大下泄流量7880m3/s。其中，浮云溪是區(qū)間唯一的入流，在浮云溪上的下垟建一水位觀測(cè)站，作為區(qū)間流量控制站，站址以上面積338km2，占區(qū)間面積的71.5%。見圖1。

2 研究課題

緊水灘水電站開閘泄洪時(shí)，在計(jì)算石塘水電站水量平衡時(shí)，所得的區(qū)間水量與區(qū)間水位控制站計(jì)算的水量誤差較大，誤差幅度有負(fù)值或偏小。

根據(jù)平衡原理，W石站入庫水量=W緊站發(fā)電水量+W緊站泄洪水量+W區(qū)間來水量，本文需研究公式中的三個(gè)因素：緊水灘水電站發(fā)電水量、緊水灘水電站泄洪水量、石塘水電站區(qū)間水量。

3 理論依據(jù)

3.1 石塘水庫水量平衡要素的組成

石塘水電站的入庫水量由兩部分組成：一是緊水灘水電站出庫水量(包括機(jī)組發(fā)電和泄洪水量)；二是集水面積473km2的區(qū)間入流。浮云溪是區(qū)間唯一的入庫河流，在浮云溪的下垟建一水位流量控制站，站址以上面積338km2。水量平衡是水文現(xiàn)象和水文過程分析研究的基礎(chǔ)，也是水資源數(shù)量和質(zhì)量計(jì)算及評(píng)價(jià)的依據(jù)。水量平衡方程式可由水量的收支情況來確定。系統(tǒng)中輸入的水(I)與輸出的水(O)之差就是該系統(tǒng)內(nèi)的蓄水量(ΔS)，其通式為I-O=±ΔS。按系統(tǒng)的空間尺度，大到全球，小至一個(gè)區(qū)域，均可根據(jù)通式確定不同的水量平衡方程式。

石塘水庫水量平衡模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

ΔV=(W緊發(fā)+W緊泄+W區(qū)間)-W出

(1)

其中

W出=W發(fā)+W泄+W滲+W蒸

(2)

式中 ΔV——水庫蓄水量的變化；

W緊發(fā)——緊站發(fā)電水量；

W緊泄——緊站泄洪水量；

W區(qū)間——區(qū)間來水量；

W出——出庫水量；

W發(fā)——發(fā)電水量；

W泄——泄洪水量；

W滲——滲漏水量，水量很小，可忽略不計(jì)；

W蒸——蒸發(fā)水量，水量很小，可忽略不計(jì)。

根據(jù)式(1)、式(2)求得

W入=W發(fā)+W泄+ΔV

(3)

電站入庫水量由發(fā)電水量、泄洪水量和蓄水量組成，發(fā)電水量根據(jù)發(fā)電機(jī)組開停機(jī)狀態(tài)和發(fā)電量求得，泄洪水量由閘門泄流曲線查得，蓄水量是水庫壩前水位變化引起的庫容變化量。

3.2 下垟站水位流量關(guān)系曲線的求證

下垟水位站是石塘區(qū)間入庫流量的控制站，站址以上集雨面積338km2，占區(qū)間面積的71.5%。水位流量關(guān)系曲線由建站時(shí)測(cè)得的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)繪而成，該曲線一直在實(shí)際中應(yīng)用。通過多年資料擬合分析，在高水位時(shí)查得的流量值偏小(見圖2)。經(jīng)過水量平衡資料率定，當(dāng)下垟站流量值小于100m3/s時(shí)，可直接應(yīng)用，當(dāng)流量值大于100m3/s時(shí)，查算的流量值則按1.24倍進(jìn)行放大處理后作為區(qū)間來水量應(yīng)用。其結(jié)果符合水量平衡計(jì)算要求。

3.3 水庫庫容曲線的復(fù)核

2008年南京水利科學(xué)研究院受委托對(duì)緊水灘、石塘兩水庫庫容進(jìn)行復(fù)核，利用地球資源衛(wèi)星資料來推求兩水庫的庫容曲線。其基本原理是根據(jù)地表水體的紫外線、可見光、近紅外線等各波譜段的吸收、輻射、反射的物理特性，利用不同時(shí)期、不同水位成像時(shí)的衛(wèi)星影像資料，經(jīng)過計(jì)算機(jī)遙感圖像處理，分別提取每個(gè)時(shí)間段的庫區(qū)水邊線位置及所包圍的水域面積，然后依據(jù)與之對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)水位，做出水位—庫面面積曲線和水位—庫容曲線。其結(jié)果經(jīng)過水量平衡計(jì)算復(fù)核，基本符合計(jì)算要求，原庫容曲線與復(fù)核的庫容曲線基本符合。

3.4 機(jī)組效率曲線的復(fù)核

緊水灘、石塘水電站投入發(fā)電運(yùn)行后，1996年南京水文研究所對(duì)兩站9臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了效率試驗(yàn)，高、中、低水頭工況下的試驗(yàn)結(jié)果基本與原設(shè)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，能滿足水量平衡計(jì)算要求。

3.5 計(jì)算資料樣本的選取

選取2010年7月8～14日、2010年6月17～28日、2012年6月24～27日的樣本資料(包括緊水灘、石塘水電站泄洪、發(fā)電等不同組合的時(shí)段資料和日資料)進(jìn)行水量平衡計(jì)算和分析。選取石塘閘門泄流、緊水灘閘門泄流的資料，利用下垟站水位流量關(guān)系曲線，根據(jù)水量平衡原理，推求緊水灘泄流曲線誤差。

4 利用水量平衡原理推求緊水灘閘門泄流誤差

對(duì)W石站入庫水量=W緊站發(fā)電水量+W緊站泄洪水量+W區(qū)間來水量公式中的各因素進(jìn)行分析。由于兩站的庫容曲線已經(jīng)通過復(fù)核，機(jī)組效率曲線也進(jìn)行過試驗(yàn)，區(qū)間下垟控制站水位流量曲線也進(jìn)行了求證，均能滿足水量平衡的要求，可以排除W緊站發(fā)電水量、W區(qū)間來水量兩因素引起的誤差，因此，引起誤差原因是W緊站泄洪水量。

4.1 日水量列表平衡分析

利用下垟站水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行水量平衡計(jì)算，推求緊水灘出庫水量W石推，再根據(jù)緊水灘電站時(shí)段水量平衡計(jì)算出庫水量W緊計(jì)，得出誤差水量為W石推-W緊計(jì)(見表1)。

通過日資料的分析、統(tǒng)計(jì)，可以確定產(chǎn)生誤差的趨勢(shì)(見圖3)。從圖3可以看出，原泄流曲線查得的流量(計(jì)算泄洪流量)大于區(qū)間反推得出的閘門泄流量。

表1 日水量平衡分析(2010年7月10～12日) 單位：m3/s

4.2 時(shí)段水量列表平衡分析

對(duì)選取的樣本資料進(jìn)行時(shí)段水量平衡計(jì)算(見表2)。從計(jì)算結(jié)果上分析，流量誤差均有規(guī)律性，通過對(duì)誤差值的排序，可以歸納出誤差的定量值，見圖4。

表2 時(shí)段水量平衡分析(2010年6月24～26日) 單位：m3/s

圖4 石塘區(qū)間水位查流與反推流量對(duì)比

對(duì)表2中選取的時(shí)段(3h)水量平衡資料進(jìn)行分析。石塘水電站水量平衡所得的區(qū)間流量值出現(xiàn)波動(dòng)或負(fù)值的情況均在緊水灘水電站閘門開度調(diào)整的節(jié)點(diǎn)上，閘門開度加大或開度減小時(shí)，泄流量均有較大的變幅，根據(jù)流量誤差變幅的大小，對(duì)應(yīng)開度泄流繪制變幅圖(見圖5)，用均差原理確定誤差關(guān)系(見表3)。

圖5 緊水灘閘門操作節(jié)點(diǎn)流量誤差分析

表3 用均差原理確定的平均誤差 單位：m3/s

5 緊水灘水電站雙淺孔泄流曲線修正

對(duì)緊水灘水電站泄洪期間進(jìn)行石塘水電站水量平衡計(jì)算，得出誤差值，使用Microsoft、Office、Excel辦公軟件強(qiáng)大的圖表功能，完成對(duì)泄流曲線的修正。以水位為縱坐標(biāo)、泄洪流量為橫坐標(biāo)繪制不同開度的散點(diǎn)圖曲線，再在散點(diǎn)圖上添加趨勢(shì)線，根據(jù)實(shí)際曲線的趨勢(shì)選擇趨勢(shì)線(如線性、對(duì)數(shù)、多項(xiàng)式、乘冪、指數(shù)、平行移動(dòng)等)，一般多項(xiàng)式趨勢(shì)線擬合較好，階數(shù)可調(diào)整(見圖6)。利用修正后的曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行反算，相互校算，其結(jié)果基本符合上、下水庫出、入庫水量平衡。由于緊水灘水電站建庫后閘門最大下泄流量沒有超過3000m3/s，因此，泄流閘門中孔沒有啟用，只對(duì)淺孔泄流曲線進(jìn)行修正和率定。

圖6 緊水灘水電站(雙淺孔)泄流曲線(水位—開度—流量)

6 成果檢驗(yàn)

選取緊水灘水電站泄洪期間的時(shí)段、日水量平衡進(jìn)行反算，從計(jì)算的逐日水量比較看，誤差已經(jīng)在許可范圍內(nèi)，其結(jié)果符合水文計(jì)算規(guī)范要求，從檢驗(yàn)資料分析，緊水灘、石塘水電站出、入庫水量是平衡的。

7 結(jié) 語

修正后的淺孔泄流曲線在實(shí)際應(yīng)用中起到了較好的作用，消除了緊水灘、石塘梯級(jí)水電站在泄洪期間的水量不平衡問題，反推的入庫流量準(zhǔn)確程度大大提高，確保了水庫防洪調(diào)度基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)確性，為水庫安全度汛奠定了基礎(chǔ)。

[1]電力工業(yè)部華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院.浙江省甌江緊水灘水電站運(yùn)行設(shè)計(jì)補(bǔ)充報(bào)告[R]. 1980.

[2]水利電力部華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院.甌江緊水灘水電站運(yùn)行設(shè)計(jì)報(bào)告[R]. 1987.

[3]水利電力部華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院.浙江省甌江石塘水電站初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R]. 1983.

[4]能源部華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院.浙江省甌江石塘水電站運(yùn)行設(shè)計(jì)報(bào)告[R]. 1989.

[5]SL 250—2000 水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社,2000.

[6]李慧瓏，鄭清. 水文預(yù)報(bào)與計(jì)算[M]. 北京：水利電力出版社, 1982.

UtilizationofIntervalFlowinCorrectingJinshuitanPowerStationSluiceDischargeCurve

CHEN Qi-yuan

(ZhejiangElectricPowerCompanyJinshuitanHydroelectricPlant,Lishui323000,China)

When the sluice of Jinshuitan Power Station is opened for discharge, the calculated Shitang hydropower station interval flow has larger gap from flow calculated by interval controlling station. Daily and hour section flow balance error trends of Jinshuitan Power Station, feeding and discharging flow balance principles of the two hydropower stations are analyzed in the paper. Key causes leading to errors are discovered. Sluice flow curve errors are analyzed to determine the causality between discharge curve error and interval control station flow. Sluice discharge curves are corrected; thereby the corrected sluice discharge curve calculation flow error is in line with requirements in hydrological calculation specifications. Upper and lower reservoir water flow balance calculations are more reasonable to provide more accurate foundation data for flood control dispatching.

gate discharge curve error; balance calculation principles; Shitang interval; Jinshuitan Reservoir

TV222.2

B

1673-8241(2014)3-0018-06