金安橋水電站溢流表孔及泄洪沖沙底孔泄流流量系數(shù)率定分析

文章編號(hào)：1006-0081（2019）09-0022-04

摘要：金安橋水電站位于云南省麗江市境內(nèi)的金沙江中游河段，為保證水電站科學(xué)調(diào)度和安全運(yùn)行，通過分析水電站溢流表孔及右岸泄洪沖沙底孔在不同工況下的泄流量，與采用實(shí)測(cè)資料推算的泄流量進(jìn)行比較，率定出較為穩(wěn)定的泄流流量系數(shù)。研究成果可為金安橋水電站的科學(xué)調(diào)度和安全運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：溢流;泄洪：泄流流量系數(shù);金安橋水電站

中圖法分類號(hào)：TV651

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.09.005

1金安橋水電站概述

金安橋水電站位于金沙江中游河段，上游有阿海電站，下游緊鄰龍開口電站。電站壩下2.5km有金沙江一級(jí)支流五郎河（五郎河上有總管田水文站控制水量）從左岸匯人，河流下游500m有金安橋水文站承擔(dān)金沙江水量、泥沙監(jiān)測(cè)任務(wù)。

金安橋水電站壩址以上控制流域面積23.7萬km2，電站裝機(jī)容最2400MW（4x600MW），總庫容8.47億m3，調(diào)節(jié)庫容3.46億m3;主要泄洪建筑物由右岸溢洪道、右岸泄洪沖沙底孔、左岸沖沙底孔組成。溢流表孔布置于右岸13-15號(hào)壩段，共設(shè)5孔孔口尺寸小為13mx20m的開敞式表孔，最大泄量14900m3/S，約承擔(dān)著總泄最的85%。右岸泄洪沖沙底孔布置在12號(hào)壩段，主要任務(wù)有泄洪、沖沙兼后期導(dǎo)流，2孔孔口尺寸為5mx8m，設(shè)計(jì)過流能力2640m3/s，約占總泄洪流量的15%。左岸沖沙底孔布置在6號(hào)壩段，出口由孔口尺寸為4mx4m的弧門控制，設(shè)計(jì)過流能力為566m3/s，低水位時(shí)沖沙，不承擔(dān)泄洪任務(wù)。

2電站泄流流量系數(shù)率定方法

金安橋水電站自2012年8月建成運(yùn)行以來，上下游先后新建有阿海和龍開口水電站（均于2014年建成投產(chǎn)），來水來沙條件發(fā)生不同程度地改變，加之水工建筑物磨損，導(dǎo)致水電站下泄流量與水力因素的關(guān)系發(fā)生相應(yīng)變化，從而影響水電站的科學(xué)調(diào)度。2015年，根據(jù)水電站運(yùn)行淵度需要，金安橋水電站有限公司對(duì)電站右岸溢流表孔及泄洪沖沙底孔泄流流量系數(shù)進(jìn)行率定，驗(yàn)證和修正有關(guān)技術(shù)參數(shù)[1]，以保證水電站科學(xué)調(diào)度和安全運(yùn)行。

2.1率定原理

運(yùn)用歷年所收集的水電站發(fā)電流量、總管田水文站資料，結(jié)合金安橋水文站的實(shí)測(cè)流量，計(jì)算下泄流量。使用的泄流流量均扣除發(fā)電流量、總管田水文站實(shí)測(cè)流量。金安橋水文站實(shí)際泄流量計(jì)算公式為

Q泄=Q金-Q金-Q發(fā)-Q總

（1）式中，Q泄為金安橋推算泄流量，m3/S; Q金為金安橋按綜合線查得流量或?qū)崪y(cè)流量，m3/S;Q發(fā)為發(fā)電流量，m3/S;Q總為總管田站流量，m3/S。

2.2率定斷面選擇

根據(jù)金安橋水電站歷年運(yùn)行情況，并考慮到電站泄流時(shí)右岸溢流表孔和泄洪沖沙底孔組合使用的情況很少，故選擇這兩個(gè)斷面進(jìn)行泄流率定。

2.3資料收集

（1）采用2015-2017年實(shí)測(cè)及計(jì)算的資料進(jìn)行泄流率定分析工作，實(shí)測(cè)流量128次，計(jì)算流量86次。

（2）收集金安橋水電站運(yùn)行以來的水位資料、閘門運(yùn)行記錄、水電站運(yùn)行工況（包括泄流時(shí)流量）、水電站入庫流量推算成果。

（3）五郎河總管田水文站相應(yīng)時(shí)段的水文資料。

3泄流流量系數(shù)率定過程

溢洪表孔共有5孔，率定工作分3種情況。在所有沖沙底孔關(guān)閉的情況下，溢流表孔閘門每提升1m，布置一個(gè)測(cè)次，分別在開啟1個(gè)孔（中3號(hào)閘孔）、3個(gè)孔（左1號(hào)、中3號(hào)閘孔、右5號(hào)閘孔）、5個(gè)孔（左1號(hào)、左2號(hào)、中3號(hào)閘孔、右4號(hào)、右5號(hào)閘孔）3種工況條件下進(jìn)行泄流量測(cè)驗(yàn)。

泄洪沖沙底孔共有2孔，率定工作分2種情況。在溢流表孔不參與運(yùn)用情況下，泄洪沖沙底孔閘門每提升1m，布置一個(gè)測(cè)次，按開啟1個(gè)孔和2個(gè)孔2種工況逐一進(jìn)行泄流測(cè)驗(yàn)。

3.1溢流表孔泄流流量系數(shù)率定及分析

3.1.1金安橋3號(hào)閘門泄流流量

率定分析前，先對(duì)3號(hào)閘門在壩上水位1409-1417m不同水位級(jí)工況下進(jìn)行流量測(cè)次布設(shè)，建立了閘門開高與流量的相關(guān)關(guān)系。

根據(jù)金安橋站、五郎河總管田水文站相應(yīng)時(shí)段實(shí)測(cè)水位、流量資料，運(yùn)用金安橋閘門開啟記錄中的水位、發(fā)電流量及水電站泄流量，推算出金安橋水電站實(shí)際泄流量，其變幅為121-2408m3/s，相應(yīng)的壩上水位變幅為1408.89-1417.90m。

金安橋水電站泄流量與金安橋水文站推算的泄流量擬合建立關(guān)系，見圖1。

由表1可知，3號(hào)閘門泄洪流量與金安橋水電站實(shí)際泄洪流量定線隨機(jī)不確定度為12.6%，系統(tǒng)誤差為0.2%，滿足定線要求[2]。

3.1.2金安橋1，3，5號(hào)閘門泄流流量

2015-2017年，對(duì)1，3，5號(hào)閘門在壩上水位1 414，1417m水位級(jí)開展閘門開高與泄洪流量率定工作，通過實(shí)測(cè)流量，建立閘門開高與流量的相關(guān)關(guān)系。

運(yùn)用金安橋閘門開啟記錄中的水位、泄流量以及金安橋站、總管田站相應(yīng)時(shí)段實(shí)測(cè)水位、流量資料，推算出金安橋水電站泄流量，變幅為427-6156m3/s，相應(yīng)壩上水位變幅為1411.59-1417.58m。

點(diǎn)繪金安橋水電站泄流量與金安橋水文站推算的泄流量關(guān)系見圖2。

從表2定線誤差檢驗(yàn)結(jié)果可知，1，3，5號(hào)閘門泄洪流量與金安橋?qū)嶋H泄洪流量定線隨機(jī)不確定度為26.0%，系統(tǒng)誤差為-0.7%.滿足工程要求。

3.1.3金安橋1，2，3，4，5號(hào)閘泄流流量

根據(jù)1，2，3，4，5號(hào)閘門同時(shí)開閘泄洪的情況，在壩上水位1414，1415m時(shí)開展不同工況下閘門開高與泄洪流量測(cè)驗(yàn)，建立了閘門開高與流量的相關(guān)關(guān)系。

根據(jù)各工況下金安橋站、總管田站相應(yīng)時(shí)段實(shí)測(cè)的水位、流量資料以及閘門開啟記錄查算水電站相應(yīng)的泄流量，推算水電站實(shí)際泄流量，流量變幅為1588-7001m3/s，相應(yīng)壩上水位變幅為1411.44-1417.41m。

金安橋水電站泄流量與金安橋水文站推算的泄流量關(guān)系見圖3。

從表3定線誤差檢驗(yàn)結(jié)果可知，5個(gè)閘門同時(shí)開啟時(shí)的泄洪流量與金安橋水電站實(shí)際泄洪流量定線隨機(jī)不確定度為4.2%，系統(tǒng)誤差為-0.1%，滿足定線要求。

3.2右岸泄洪沖沙底孔泄流流量系數(shù)率定

2015-2017年，對(duì)右岸泄洪沖沙底孔在壩上水位1416m時(shí)開展閘門開高與泄洪流量測(cè)驗(yàn)布置，建立了閘門開高與泄流量的相關(guān)關(guān)系。

運(yùn)用金安橋泄洪沖沙底孔開啟記錄中的水位、泄流量以及金安橋站、總管田站相應(yīng)時(shí)段實(shí)測(cè)的水位、流量進(jìn)行綜合分析，推算金安橋水電站實(shí)際泄流量，變幅為83.0-1304m3/s，相應(yīng)壩上水位為1411.63-1416.91m。

金安橋水電站泄流量與金安橋水文站推算的泄流量相關(guān)關(guān)系見圖4。

從表4定線檢驗(yàn)誤差檢驗(yàn)結(jié)果可知，金安橋水電站泄洪沖沙底孔泄流量與實(shí)際泄洪流量定線隨機(jī)不確定度為12.2%，系統(tǒng)誤差為0.1%，滿足工程要求。

4結(jié)果分析

在對(duì)金安橋水電站溢流表孔閘門、泄洪沖沙底孔泄流曲線率定項(xiàng)日中，共采用纜道測(cè)流128次，結(jié)合水電站開閘放水及發(fā)電情況計(jì)算流量86次。通過214次實(shí)測(cè)流量分別計(jì)算各種工況時(shí)下泄流量，與設(shè)計(jì)下泄流量建立了比較穩(wěn)定的相關(guān)關(guān)系。

利用率定的相差關(guān)系，計(jì)算電站泄流量，與設(shè)計(jì)泄流量進(jìn)行誤差分析[3]，誤差統(tǒng)計(jì)見表5。

從表5可以看出，兩者相對(duì)誤差在-0.21%-15.0%之間，大部分情況下誤差較小，誤差較大的情況發(fā)生在閘門開啟過低或是過高時(shí)，誤差最大的是在較小流量級(jí)和最大流量級(jí)。主要原因有：

（1）水位高、閘門開啟高時(shí)，大流量級(jí)持續(xù)時(shí)間短，流量測(cè)驗(yàn)與電站出流同步性難以做到完全一致。

（2）水位低、閘門開啟低時(shí)，下泄流量很小，而金安橋水文站位于兩壩間，即使下泄流量很小，其過水?dāng)嗝婷娣e也較大，使得斷面流速非常小，使用常規(guī)流速儀難以準(zhǔn)確測(cè)定，均造成流量測(cè)驗(yàn)存在一定誤差。

（3）高水時(shí)，金安橋水電站的泄流流量一般為實(shí)測(cè)，非實(shí)測(cè)泄洪流量的資料均為實(shí)測(cè)關(guān)系線外延推算值，也會(huì)產(chǎn)生一定誤差[4]。

5結(jié)語

金安橋水電站閘門開啟時(shí)的泄洪流量與金安橋水文站所推算的泄洪流量存在一定關(guān)系，且關(guān)系穩(wěn)定，可以用作大壩泄洪流量的推算結(jié)果，以為水電站的科學(xué)調(diào)度及安全運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]SL247-2012水文資料整編規(guī)范[S].

[2]GB50179-2015河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范[S].

[3]涂俊清，楊開華，劉茂盛.皂市大壩下泄流量率定與分析[C].高壩建設(shè)與運(yùn)行管理的技術(shù)進(jìn)展——中國(guó)大壩協(xié)會(huì)2014學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2014.

[4]長(zhǎng)江委水文局上游局.金安橋水電站溢流表孔、右岸沖砂泄洪底孔泄流流量曲線率定實(shí)施方案[R].重慶：長(zhǎng)江委水文局上游局，2017.

（編輯：李曉漾）

收稿日期：2019-04-22

作者簡(jiǎn)介：李文杰，男，工程師，主要從事水文測(cè)驗(yàn)方面的工作。E-mail： 240520383@qq.com