石泉電站發(fā)電流量與石泉水文站實(shí)測(cè)流量對(duì)比分析

喻 林

（安康水文水資源勘測(cè)局，陜西 安康 725000）

0 前言

石泉水文站建于1953年，屬?lài)?guó)家一類(lèi)水文站，控制流域面積23805 km2,承擔(dān)著向國(guó)家防總、省防總等報(bào)汛任務(wù)。該站既是石泉水庫(kù)的出庫(kù)站，又是喜河水庫(kù)的入庫(kù)站。石泉水庫(kù)大壩到水文觀(guān)測(cè)斷面間的左岸有饒峰河匯入，流域面積399 km2,占石泉水文站控制流域面積的1.6%，98.6%的流域面積為水庫(kù)所控制。

石泉水文站基本斷面上游約1.2 km建有石泉水電站；下游40 km有喜河水庫(kù)，2006年6月建成蓄水發(fā)電，水庫(kù)無(wú)汛限水位，正常高水位362.05 m左右。石泉水文站觀(guān)測(cè)斷面最低河床高程為358.07 m,喜河電站運(yùn)行后，石泉水文站測(cè)驗(yàn)斷面受到不同程度變動(dòng)回水的影響，主要是在石泉電站不開(kāi)閘門(mén)的情況下，當(dāng)喜河水庫(kù)回水至359.50 m以上時(shí)，測(cè)驗(yàn)斷面開(kāi)始淹沒(méi)，斷面上就沒(méi)有流速，水位沒(méi)有代表性，但是石泉電站發(fā)電流量值與斷面實(shí)測(cè)流量值有相應(yīng)關(guān)系。依據(jù)石泉水文站12年間的資料記載，測(cè)驗(yàn)斷面變動(dòng)回水影響時(shí)間都在280天以上，自然河道水位~流量關(guān)系已經(jīng)沒(méi)有了，給水文資料的收集、報(bào)汛、整編工作帶來(lái)一定的難度；通過(guò)石泉電站發(fā)電流量與石泉水文站實(shí)測(cè)流量對(duì)比分析，用水庫(kù)發(fā)電流量“連實(shí)測(cè)流量過(guò)程線(xiàn)法”進(jìn)行流量資料整編，改進(jìn)整編測(cè)驗(yàn)方法，提供技術(shù)應(yīng)用。

1 石泉水文站概況

漢江為長(zhǎng)江最大的支流，發(fā)源漢中市寧強(qiáng)縣，由西向東流經(jīng)陜西、湖北兩省，在漢口龍王廟匯入長(zhǎng)江。全長(zhǎng)1577 km, 流域面積15.9萬(wàn)km2。石泉水文站為漢江干流重要控制站，上游設(shè)有洋縣水文站，下游設(shè)有安康水文站，洋縣至石泉水文站區(qū)間有較大支流酉水河、金水河、牧馬河、子午河匯入，分別設(shè)有酉水街、金水、西鄉(xiāng)、兩河口水文站。石泉水文站的水量基本來(lái)源于上游約1.2 km處石泉水電站泄洪及發(fā)電放水；石泉水庫(kù)集水面積23400 km2，測(cè)驗(yàn)斷面完全受水庫(kù)電站控制；水文站測(cè)驗(yàn)河段基本順直，斷面最大寬度為400 m,河床砂礫石組成，其上約0.6 km為石泉大橋，上游約0.9 km有饒豐河匯入漢江，監(jiān)測(cè)斷面至大橋間有沙洲形成，低水主流分兩側(cè)形成，當(dāng)流量在4300 m3/s以上時(shí)沙洲淹沒(méi)，主流在河道中部；水文監(jiān)測(cè)斷面下游約1.5 km受到河槽控制（卡口），斷面沖淤變化較小，測(cè)驗(yàn)斷面控制良好，具備了測(cè)站控制必要條件。

2 石泉站水位~流量關(guān)系特點(diǎn)

石泉水文站的水位~流量關(guān)系曲線(xiàn)主要受下游測(cè)站控制的影響，依據(jù)多年收集的整編資料成果，在沒(méi)有修建喜河水庫(kù)之前，斷面水位的代表性非常良好，不同級(jí)的相應(yīng)水位與實(shí)測(cè)流量關(guān)系為臨時(shí)曲線(xiàn)和繩套曲線(xiàn)，依據(jù)逐日瞬時(shí)水位推求逐日瞬時(shí)流量，從而計(jì)算出石泉水文站斷面的年徑流；2007年下游喜河水庫(kù)建成的發(fā)電，低水受上下游水庫(kù)變動(dòng)回水影響，水位沒(méi)有代表性，測(cè)驗(yàn)斷面無(wú)法建立水位~流量關(guān)系曲線(xiàn)，依據(jù)2007年~2018年的資料整編成果，逐日瞬時(shí)水位無(wú)法推求逐日瞬時(shí)流量，目前采用臨時(shí)曲線(xiàn)法與連實(shí)測(cè)流量過(guò)程線(xiàn)法推求瞬時(shí)流量，計(jì)算年徑流。

3 采用實(shí)測(cè)流量成果的資料

采用2007年~2018年石泉水文站實(shí)測(cè)流量成果和石泉電站發(fā)電流量資料，對(duì)比分析這12年間中低級(jí)別的石泉電站發(fā)電流量與石泉水文站的相應(yīng)實(shí)測(cè)流量資料作為分析統(tǒng)計(jì)的資料依據(jù)，滿(mǎn)足分析應(yīng)用的要求，且統(tǒng)計(jì)計(jì)算整理出發(fā)電流量與相對(duì)應(yīng)的石泉水文站相應(yīng)實(shí)測(cè)流量，建立相應(yīng)的流量關(guān)系線(xiàn)圖。

4 對(duì)比分析流量關(guān)系

4.1 計(jì)算實(shí)測(cè)流量及發(fā)電流量相應(yīng)關(guān)系

采用12年間不同中低級(jí)別的石泉站實(shí)測(cè)流量成果與石泉電站發(fā)電流量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1（x為實(shí)測(cè)流量，y為發(fā)電流量）。

表1 參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

實(shí)測(cè)時(shí)間x流量（m3/s） 流量（m3/s）實(shí)測(cè)時(shí)間y x y相關(guān)系數(shù)r 回歸方程式2017031610:21 119 122 2018022408:30 206 201 0.98 y=1.0575x-135 2017040514:21 378 374 2018041908:42 484 488 0.98 y=0.9104x-96.7 2017060309:24 642 647 2018062109:51 654 650 0.98 y=1.1013x-94.8 2017070119:27 359 354 2018083008:54 244 251 0.99 y=1.0581x-105 2017081009:27 379 375 2018102307:24 365 359 0.97 y=0.8687x-132 2017103114:06 470 466 2018110809:54 110 114 0.99 y=1.0438x-187 2017112010:03 242 239 2018122509:36 449 442 0.98 y=0.943x-187

4.2 石泉水文站實(shí)測(cè)流量與發(fā)電流量相關(guān)關(guān)系建立

根據(jù)石泉水文站相應(yīng)實(shí)測(cè)流量和電站發(fā)電流量，分別點(diǎn)繪不同級(jí)別流量相關(guān)圖及相應(yīng)流量相關(guān)圖，按照關(guān)系線(xiàn)的要求和方法，確定關(guān)系線(xiàn)的原則，定出流量相應(yīng)關(guān)系曲線(xiàn)，且按要求±10%的誤差統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定出外包線(xiàn)，流量關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 發(fā)電流量與水文站流量相關(guān)圖

4.3 流量相關(guān)線(xiàn)精度的確定

依據(jù)國(guó)家水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2012）的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)測(cè)流量按照水文計(jì)算公式確定，電站發(fā)電流量則是通過(guò)水利水電工程力學(xué)計(jì)算公式求算出來(lái)的結(jié)果，按照水力因素關(guān)系確定線(xiàn)精度要求，確定流量精度成果：系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，在允許±10%誤差范圍內(nèi)。

4.4 流量分析相應(yīng)結(jié)果

1）相應(yīng)流量均值：由表1得知，發(fā)電流量值與水文站實(shí)測(cè)流量值都是實(shí)際計(jì)算值，相差最大值21 m3/s，僅為2.2%，分析計(jì)算出相應(yīng)流量很接近，都在允許誤差范圍之內(nèi)。

2）流量曲線(xiàn)相關(guān)圖：12年間單次流量對(duì)照相關(guān)系數(shù)r均在0.96～1.00間，依據(jù)水文統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算，建立存在的流量相關(guān)關(guān)系圖，相關(guān)系數(shù)r=0.99，從而建立了石泉水文站實(shí)測(cè)瞬時(shí)流量與發(fā)電瞬時(shí)流量間直線(xiàn)相關(guān)關(guān)系，用連實(shí)測(cè)流量過(guò)程線(xiàn)法推求瞬時(shí)流量。

3）統(tǒng)計(jì)回歸方程計(jì)算：按照水文統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算原理，在相應(yīng)流量關(guān)系直線(xiàn)的結(jié)論上，即石泉發(fā)電流量略小于水文站實(shí)測(cè)流量，最大偏小值為2.6%，可以直接應(yīng)用發(fā)電流量推求斷面瞬時(shí)流量。

4.5 相應(yīng)流量關(guān)系曲線(xiàn)的檢驗(yàn)和誤差評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)圖1、表1可知，相應(yīng)流量148個(gè)相關(guān)點(diǎn)有147個(gè)相應(yīng)流量點(diǎn)都在±10%外包線(xiàn)內(nèi)，相應(yīng)流量相關(guān)點(diǎn)99.3%都在允許誤差范圍內(nèi)。根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》要求進(jìn)行精度分析、標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算以及符號(hào)檢驗(yàn)、適線(xiàn)檢驗(yàn)和偏離數(shù)值檢驗(yàn)，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 相應(yīng)流量關(guān)系曲線(xiàn)檢驗(yàn)及誤差評(píng)定表

由表2可知，經(jīng)過(guò)三項(xiàng)檢驗(yàn)合格，標(biāo)準(zhǔn)差在允許范圍之內(nèi)，相應(yīng)流量相關(guān)資料符合《水文資料整編規(guī)范》國(guó)家一類(lèi)水文站的精度要求，資料可靠應(yīng)用。

5 結(jié)論

1）通過(guò)計(jì)算分析，石泉水文站實(shí)測(cè)流量與石泉電站發(fā)電流量基本接近。相應(yīng)流量關(guān)系99.2%都在范圍之內(nèi)，確定石泉水文站實(shí)測(cè)流量與電站發(fā)電流量有著緊密的直線(xiàn)關(guān)系。按照水文學(xué)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，水文站實(shí)測(cè)流量大于出庫(kù)流量1.7%，出庫(kù)流量可以直接應(yīng)用。

2）根據(jù)水文計(jì)算，通過(guò)流量對(duì)比分析計(jì)算確定，石泉電站發(fā)電流量則是通過(guò)水利水電工程力學(xué)計(jì)算公式求算出來(lái)的結(jié)果，按照水力因素計(jì)算關(guān)系確定線(xiàn)精度標(biāo)準(zhǔn)，再計(jì)算確定的發(fā)電流量曲線(xiàn)穩(wěn)定性，達(dá)到資料應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

3）依據(jù)石泉水文站，自2007年至今（2018年）的實(shí)測(cè)流量與石泉電站發(fā)電流量的相關(guān)關(guān)系，石泉水文站實(shí)測(cè)流量完全受石泉電站發(fā)電調(diào)節(jié)控制以及受喜河水庫(kù)變動(dòng)回水影響，水位~流量沒(méi)有關(guān)系，水位沒(méi)有代表性；而通過(guò)本站實(shí)測(cè)流量與石泉電站發(fā)電流量對(duì)比分析，其相對(duì)誤差均在2.55%以?xún)?nèi)，石泉水文站“流量對(duì)比分析的成果”在長(zhǎng)達(dá)12年的應(yīng)用之吻合。因此，石泉水文站可直接采用石泉電站發(fā)電流量，通過(guò)連實(shí)測(cè)流量過(guò)程線(xiàn)法進(jìn)行流量資料整編，并在實(shí)際工作中進(jìn)行應(yīng)用，石泉水文站的實(shí)測(cè)流量項(xiàng)目可停測(cè)，或間測(cè)校核石泉電站的發(fā)電流量，在水文測(cè)驗(yàn)工作中進(jìn)行巡測(cè)、監(jiān)測(cè)應(yīng)用。