不同水文序列下梯級(jí)水庫(kù)能量指標(biāo)的變化規(guī)律分析

張婷

（湖北文理學(xué)院理工學(xué)院，湖北 襄陽(yáng)441000）

水電站的能量指標(biāo)反映水電站的能量特性[1]，主要包括保證出力、多年平均發(fā)電量和多年平均耗水率。國(guó)內(nèi)對(duì)于水電站能量指標(biāo)的研究[2]主要集中在研究復(fù)核水電站能量指標(biāo)與原設(shè)計(jì)值較大差異的原因，分析能量指標(biāo)的變化規(guī)律和影響能量指標(biāo)變化的因素。汪菲娜等將二分法與等出力法相結(jié)合復(fù)核保證出力，解決等出力法的計(jì)算程序陷入無(wú)限循環(huán)的缺陷；張秀菊[3]對(duì)比分析保證出力的不同計(jì)算方法，推薦年調(diào)節(jié)以上水電站應(yīng)用等出力法計(jì)算保證出力；日調(diào)節(jié)水電站則應(yīng)用簡(jiǎn)化的調(diào)節(jié)流量法計(jì)算保證出力；李子婷[4]和李慧[5]則以安康水電站為例，分別應(yīng)用等流量調(diào)節(jié)和等出力調(diào)節(jié)兩種保證出力計(jì)算方法，得出當(dāng)天然入庫(kù)徑流量和水庫(kù)等水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容呈減少趨勢(shì)時(shí)水電站的保證出力及發(fā)電量均相應(yīng)減小，當(dāng)?shù)攘髁繉?duì)應(yīng)的下游水位呈下降趨勢(shì)時(shí)水電站的保證出力及發(fā)電量呈增大趨勢(shì)的結(jié)論。

目前對(duì)于能量指標(biāo)影響因素及變化規(guī)律研究還不完善.本文以梯級(jí)水電站A 為研究對(duì)象，從徑流周期、徑流過(guò)程和徑流總量三個(gè)角度入手，對(duì)比分析不同分類(lèi)條件下能量指標(biāo)的變化情況，從而得出能量指標(biāo)的變化規(guī)律并給出相應(yīng)的調(diào)度建議。

1 徑流過(guò)程的分類(lèi)

1.1 按連續(xù)徑流的豐枯分段

選用Morlet 連續(xù)復(fù)小波變換研究歷史徑流時(shí)間序列的多時(shí)間尺度特征，得出不同時(shí)間尺度下的小波系數(shù)，獲取第一主周期為29 年，主周期下豐枯交替的周期為10 年。選擇歷史徑流序列中1960～2009 年作為研究對(duì)象，將徑流序列劃分成5 個(gè)連續(xù)的豐枯段（1960-1969，…）進(jìn)行分析，并分別用Ai（i=1～5）表示。

1.2 按徑流過(guò)程分類(lèi)

依據(jù)水文特性，將水文序列分成前豐后枯和前枯后豐，用C1來(lái)表示屬于前豐后枯徑流過(guò)程的水文序列，用C2來(lái)表示屬于前枯后豐徑流過(guò)程的水文序列。具體分類(lèi)結(jié)果見(jiàn)表1。

1.3 按徑流總量分級(jí)

將歷史徑流序列按年徑流總量分級(jí)，劃分成豐、平、枯三個(gè)級(jí)別的水文子序列。

具體分類(lèi)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 按徑流過(guò)程分類(lèi)結(jié)果

表2 歷史徑流序列按徑流總量分級(jí)

2 能量指標(biāo)的對(duì)比與分析

將梯級(jí)水電站看做一個(gè)整體，采用等流量調(diào)節(jié)計(jì)算方法進(jìn)行長(zhǎng)系列徑流調(diào)節(jié)計(jì)算得到能量指標(biāo)；其中下游水電站由于調(diào)節(jié)能力有限，水能利用恒定且區(qū)間徑流量較小，因此主要考慮龍頭水庫(kù)來(lái)水情況對(duì)于梯級(jí)能量指標(biāo)的影響。

2.1能量指標(biāo)的選擇

選用能量指標(biāo)中具有代表性的保證出力N、多年平均發(fā)電量E 和多年平均耗水率μ 作為分析指標(biāo)，其中，只有分析不同徑流過(guò)程時(shí)采用保證出力N 作為對(duì)比的指標(biāo)；其他水文序列由于徑流數(shù)據(jù)較少，只選用能量指標(biāo)中的多年平均發(fā)電量E 和多年平均耗水率μ 作為對(duì)比指標(biāo)。其中多年平均耗水率μ 的計(jì)算公式如下：

式中：Wi為第i 年的年徑流量，單位m3；Ei為第i 年的發(fā)電量，單位KW·h；n 為該水文序列中的長(zhǎng)度。

2.2 能量指標(biāo)的對(duì)比分析

分別對(duì)比不同豐枯段的能量指標(biāo)變化情況，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同豐枯段間能量指標(biāo)的對(duì)比

從表3 可知，枯水段的μ 和E 都普遍低于豐水段，μ 隨豐枯段變化上下小幅度波動(dòng)；E 隨Q 的變化呈上升趨勢(shì)且變化率與Q 相似，而μ 變化規(guī)律與Q 沒(méi)有直接關(guān)系。

分別對(duì)比不同徑流過(guò)程的能量指標(biāo)變化情況，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同徑流過(guò)程間能量指標(biāo)的對(duì)比

由表4 可知，前枯后豐徑流過(guò)程的E、N 和μ 都大于前豐后枯徑流過(guò)程；E、N 隨Q 的變化呈上升趨勢(shì)且變化率均與Q 相近，相對(duì)于E 和N，兩個(gè)徑流過(guò)程的μ 則相差無(wú)幾，變化率僅為0.4%。

分別對(duì)比不同徑流總量等級(jí)間的能量指標(biāo)變化情況，E 和μ 與Q 的相關(guān)關(guān)系見(jiàn)圖1。

由圖1 可知，不同徑流總量等級(jí)間，E 和μ 隨徑流總量等級(jí)的變化呈上升趨勢(shì)；其中，E 與Q 的變化率相似；相對(duì)于E，μ雖然總體呈上升趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)則緩于E。

分析表明，徑流過(guò)程的形態(tài)對(duì)梯級(jí)發(fā)電量影響不大，梯級(jí)發(fā)電量主要取決于來(lái)水量；對(duì)比不同的徑流周期，豐水段的水能利用率普遍低于枯水段的水能利用率；對(duì)比不同徑流過(guò)程，前豐后枯徑流過(guò)程水能利用率相對(duì)較高；來(lái)水總量越少，水能利用率越高。

圖1 E 和μ 與Q 的相關(guān)關(guān)系圖

3 結(jié)論

依據(jù)梯級(jí)能量指標(biāo)的變化規(guī)律，建議梯級(jí)水電站在枯水年段注重水頭效應(yīng)，汛期調(diào)度在不棄水或少棄水的原則下盡早蓄水，利用高水頭發(fā)電；豐水年段則注重水能利用的水量效應(yīng)，在保證年末消落水位的條件下盡可能發(fā)電。

本文從徑流周期、徑流過(guò)程和徑流總量三個(gè)方面劃分歷史徑流序列，解決了能量指標(biāo)研究中徑流序列劃分方法單一且缺乏科學(xué)依據(jù)的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比分析得出能量指標(biāo)變化規(guī)律并給出調(diào)度建議，對(duì)梯級(jí)的實(shí)際調(diào)度有一定的指導(dǎo)意義。