太白縣將軍石水電站水文計(jì)算及裝機(jī)容量的確定

辛亞莉（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局　陜西　咸陽　712000）

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太白縣將軍石水電站水文計(jì)算及裝機(jī)容量的確定

辛亞莉
（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局陜西咸陽712000）

根據(jù)太白縣的基本水文地質(zhì)條件和將軍石水電站所處的水能開發(fā)利用環(huán)節(jié)，參考相同流域水文站的徑流、洪峰資料，較為細(xì)致的進(jìn)行了電站的水文計(jì)算，并進(jìn)一步得出電站的保證流量、保證出力，最終確定了電站適宜的裝機(jī)容量和發(fā)電量，以期為同類工程裝機(jī)容量的計(jì)算提供參考。

水電站水文計(jì)算；日平均流量保證率；裝機(jī)容量

1　概況

太白縣地處秦嶺西部，位于寶雞市東南，因秦嶺主峰太白山在境內(nèi)而得名。太白縣橫跨黃河、長江兩大流域，水資源十分豐富，境內(nèi)有石頭河、紅巖河、湑水河等河流，是關(guān)中城市水源涵養(yǎng)地和飲用水資源保護(hù)地。太白縣政府立足于開發(fā)本地豐富的水資源，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加大了水資源的開發(fā)力度，因此，將軍石水電站工程的建設(shè)將對區(qū)域水資源的開發(fā)和利用起到積極的推動作用。

1.1水文條件

太白縣將軍石水電站系石頭河上中游梯級開發(fā)水利資源項(xiàng)目之一，電站位于桃川鎮(zhèn)北坡村，樞紐位置在桃川河與沙河峽交江處。電站引水河流為渭河一級支流石頭河上中游之桃川河，引水樞紐以上流域面積142.1km2，年均徑流量0.902億m3。流域內(nèi)降水較豐，自然植被良好，水流涵養(yǎng)性高。降水是河流徑流形成的主要因素，由于降水時(shí)段主要集中在7月、8月、9月三個(gè)月，占全年總降水量的60%以上，故徑流年際變化不均。流域內(nèi)平均徑流深812mm，年平均徑流模數(shù)25.8m3/（s·km2）。

1.2地質(zhì)條件

該工程所在地屬秦嶺地質(zhì)構(gòu)造帶，山體為東西走向緯向山脈。土質(zhì)巖性由太古代結(jié)晶片巖，變質(zhì)巖系的千枚巖及后期花崗巖侵入組成。河漫灘地由山前洪積扇形成，上部為碎石細(xì)砂泥粉質(zhì)黏土，中部為巨礫及卵石，下部為基巖。河道左岸山體主要由片巖、花崗巖及少量白云質(zhì)大理巖、黑云母斜長片麻巖組成，山體頂部為第四紀(jì)黃土覆蓋，山坡為殘積物覆蓋。

1.3可行性及優(yōu)勢

由于該電站位于桃川河左岸，而桃川河右岸緊靠姜眉公路，所以交通便利；河道石料豐富，可就地取材；太白變電10kV線路通過桃川，并網(wǎng)方便，隨電站增容加大，后可逐步改造線路等級；由上一級電站尾水引水不需修建引水樞紐，可減少工程項(xiàng)目，節(jié)省投資；工程占用耕地少，對環(huán)境影響小等諸多有利條件，使得工程具有建設(shè)期短、投資少、效益高、見效快等優(yōu)勢，因此，推進(jìn)該水電站的建設(shè)優(yōu)勢明顯。

2　水文計(jì)算

將軍石水電站計(jì)劃引水水源有兩處：一是用桃川河自產(chǎn)流量；二是利用引紅濟(jì)石引水流量。本文以桃川河自產(chǎn)水為主，進(jìn)行水文分析計(jì)算。

2.1洪水

石頭河流域設(shè)有斜峪關(guān)、鸚鴿兩處水電站，斜峪關(guān)站已有50年系列資料，控制流域面積為686km2，鸚鴿水電站也有30年水文資料，控制流域面積507km2，且距鹿臺溝電站樞紐（將軍石電站不設(shè)樞紐）30km，為同一流域，故水文計(jì)算以該站實(shí)測資料為參證。

表1　　參證站和研究區(qū)域各頻率下的洪峰流量　　單位：m3/s

先對鸚鴿水文站25年（1974年～1998年）的實(shí)測資料進(jìn)行洪峰推求，利用相同流域的面積比擬法公式，推求研究區(qū)域的設(shè)計(jì)洪峰流量，然后計(jì)算樞紐處及廠區(qū)處各頻率下的洪峰流量，公式如下：

式中，Q設(shè)—為水電站的設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；

F設(shè)—為水電站的控制面積，樞紐處取142.1km2，廠區(qū)處取202km2；

F參—為參證站的控制面積，km2；

Q參—為參證站的洪峰流量，m3/s。

根據(jù)《水利水電工程等級規(guī)劃及洪水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，該電站裝機(jī)容量小于1× 104kW，屬于?。ǘ┬凸こ?，工程等級為V等，永久性建筑物設(shè)防等級為5級，故電站樞紐的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水設(shè)計(jì)，20年一遇洪水校核；廠區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計(jì)，50年一遇洪水校核。所以，將軍石水電站廠區(qū)處，洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為P=3.33%、Q洪=1137m3/s，校核標(biāo)準(zhǔn)為P=2%、洪峰流量為Q洪=1256m3/s，見表1。

2.2多年平均徑流量的計(jì)算

采用鸚鴿水文站30年實(shí)測徑流資料，按相同流域面積比擬法推求得到樞紐處多年平均徑流量為0.902億m3。

2.3日平均流量保證率

2.3.1用實(shí)測資料推求不同保證率下日平均流量

該電站為無調(diào)節(jié)徑流引水，其日平均流量保證率的計(jì)算，按鸚鴿站實(shí)測徑流量系列資料進(jìn)行分析，推求出豐、平、枯、三個(gè)徑流代表年，對代表年的日流量進(jìn)行分級排隊(duì)，用頻率計(jì)算公式計(jì)算，適線求得不同保證率的日平均流量，取P=50%時(shí)的日平均流量待用。

2.3.2用平水年（P=50%）日平均流量推求

對計(jì)算得到的平水年（P=50%）日平均流量進(jìn)行分級，作頻率分析，并計(jì)算出各級流量下的日平均出力、日發(fā)電量、分級發(fā)電量、累計(jì)發(fā)電量，并繪制出Q～P（流量-頻率）曲線，N～E～T（裝機(jī)容量-年電量-利用小時(shí)）曲線。根據(jù)應(yīng)鸚鴿站平水年（P=50%）日流量資料，計(jì)算出“日平均流量保證率及水能計(jì)算”成果，見表2。

3　水能計(jì)算

將軍石水電站計(jì)劃引水水源有兩處：一是用桃川河自產(chǎn)流量；二是利用引紅濟(jì)石引水流量。計(jì)算電站保證出力按兩處水源分別進(jìn)行。

3.1桃川河自產(chǎn)水保證流量及保證出力

保證流量：根據(jù)前面的水文分析計(jì)算結(jié)果得知，在P=50%時(shí)，保證流量為1.05m3/s，P=75%時(shí)、保證流量為0.68m3/s；P=80%、保證流量為0.60m3/s，該電站設(shè)計(jì)保證率確定為P=75%，其保證流量為0.68m3/s。

保證出力：該電站的設(shè)計(jì)保證率確定為75%，電站凈水頭為94m，其保證出力按水能計(jì)算公式計(jì)算：

式中，N?！獮镻=75%時(shí)的保證出力，kW；

A—為綜合出力系數(shù)，取8.0；

α—為效率系數(shù)，取0.90；

Q?！獮镻=75%時(shí)的保證流量，取0.68m3/s；

H凈—為電站設(shè)計(jì)凈水頭，取94.0m。

由上式可以算出，保證出力為460.2kW。

3.2引紅濟(jì)石利用流量的保證出力

引紅濟(jì)石工程的引水參數(shù)：多年平均引水量為0.94億m3～1.42億m3，引水流量為3.3m3/s～7.0m3/s，為安全保險(xiǎn)起見，按照最小引水流量3.3m3/s計(jì)算保證出力。根據(jù)上式，計(jì)算得到保證出力為2233kW。

4　裝機(jī)容量的確定

4.1桃川河自產(chǎn)水裝機(jī)容量

根據(jù)前面桃川河自產(chǎn)流量日保證率及水能計(jì)算，桃川河在保證率為75%時(shí)，保證流量為0.68m3/s，相應(yīng)的保證出力為460.2kW。

裝機(jī)容量確定有以下兩種方法：①由保證出力倍比法確定：根據(jù)規(guī)范，單純發(fā)電且在大電網(wǎng)中占比重較小的水電站，其裝機(jī)倍比系數(shù)在2.5～4.5之間，該站系單純向大電網(wǎng)供電，為充分利用豐水季節(jié)水量，故倍比系數(shù)取4.5，裝機(jī)容量應(yīng)為2027kW；②由年利用小時(shí)數(shù)法確定：根據(jù)“日平均流量保證率及水能計(jì)算表”所繪制的N～E～T曲線圖，可查出年利用小時(shí)為某小時(shí)的裝機(jī)容量，無調(diào)節(jié)徑流電站單純發(fā)電且向大電網(wǎng)供電的年利用小時(shí)取4800h，查曲線圖，裝機(jī)容量可初定為2000kW。

根據(jù)兩種方法的計(jì)算結(jié)果，桃川河自產(chǎn)水部分確定的裝機(jī)容量大致為2000kW。

4.2引紅濟(jì)石引水流量裝機(jī)容量

引紅濟(jì)石引水流量按照最小引水量計(jì)算得到的出力為2233kW，該流量下的出力即為保證出力，而該水源穩(wěn)定，故用保證出力作為電站的裝機(jī)容量，所以，該水源的裝機(jī)容量為2233kW。

綜上，將軍石水電站總的總裝機(jī)容量應(yīng)確定在4200kW～4800kW之間（考慮到倍比系數(shù)的選取以及水量變化等因素，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)限定一個(gè)范圍），最終確定電站總裝機(jī)容量為4500kW。

由此，根據(jù)總裝機(jī)容量4500kW，年利用小時(shí)數(shù)4800h，可知年均發(fā)電量2160為萬kW·h。

5　結(jié)語

將軍石水電站系石頭河上中游梯級開發(fā)水利資源項(xiàng)目之一，它的建成對區(qū)域水能資源的充分利用具有重要意義。本文立足區(qū)域的基本水文條件，對該站的洪峰流量和日平均流量的保證率進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過水能計(jì)算推算出保證出力和裝機(jī)容量。工程竣工后，電站運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的效果，說明對該電站此次裝機(jī)容量的設(shè)計(jì)是合理有效的。陜西水利

（責(zé)任編輯：暢妮）

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