新豐江入庫流量測量誤差分析

歐陽麗

(粵電新豐江發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電部水調(diào)班，廣東河源 517021)

0 前言

新豐江水電站位于廣東省河源市境內(nèi)、珠江水系東江支流新豐江下游亞婆山峽谷出口處，距河源市約6 km。新豐江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，西北為九連山脈，東南為燈塔盆地，地勢由西北向東南傾斜，流域內(nèi)水量充沛，主要受鋒面雨和臺風(fēng)雨影響。降雨特點(diǎn)為雨量多、強(qiáng)度大、汛期長，時程及地區(qū)分布不均。汛期分前汛期和后汛期，4—6月份為前汛期，來水占全年來水的48%;7—9月份為后汛期，來水占全年來水的31%;整個汛期來水約占全年來水的80%。壩址以上流域面積5 734 km2，流域多年平均降雨量1 774 mm，多年平均流量190 m3/s，庫容系數(shù)107%，屬多年調(diào)節(jié)水庫。相對其他水庫來水，主要特點(diǎn)是水面面積寬，水位對入庫流量功率反推影響大。流域內(nèi)主要分布著4條比較大的河流:新豐水，連平水，大席水，船塘水。

1 水量平衡公式

水量平衡的計(jì)算公式為:

式中:Q入為入庫流量;Q發(fā)為發(fā)電流量;Q泄為泄洪流量;Q蒸為蒸發(fā)流量;Q供為供水流量;Q滲為滲漏流量;△V為△T時段長的庫容差;△T為時段長。

2 反推入庫流量誤差分析

2.1 蒸發(fā)流量

新豐江發(fā)電公司經(jīng)過多年蒸發(fā)測量，在30多年的基礎(chǔ)上，分1—12個月制定出新豐江水庫12條水位蒸發(fā)流量曲線。然后根據(jù)蒸發(fā)流量曲線查找蒸發(fā)流量。這就導(dǎo)致一個采用平均值代替樣本的誤差。為了研究，我們選取蒸發(fā)量大的7月份。新豐江水庫水位在111 m時，7月多年平均日蒸發(fā)流量10 m3/s，而最大日蒸發(fā)流量20 m3/s，最小日蒸發(fā)流量0 m3/s。因此，蒸發(fā)流量對入庫日平均流量影響誤差為10 m3/s。在水庫蒸發(fā)量大于多年平均值時，計(jì)算出來的日平均入庫流量偏少。當(dāng)水面蒸發(fā)量少于多年平均蒸發(fā)量時，計(jì)算日平均入庫流量偏多。

2.2 庫容差

庫容差是當(dāng)前水位庫容與前1 d水位庫容之差，其影響因素是水位。由于水庫水面面積大，水位每變動1 mm，反推入庫影響幅度比較大。。而水庫水位與機(jī)組運(yùn)行狀況以及天氣因素——風(fēng)都有極大關(guān)系。下面從這兩方面進(jìn)行分析論證。水庫水位在各個水位值的影響量見表1。

表1 水庫水位每變動1 mm對小時平均入庫流量的影響

2.2.1 機(jī)組運(yùn)行狀況

機(jī)組運(yùn)行狀況通過發(fā)電流量影響入庫流量。通過分析，發(fā)電流量與入庫流量相關(guān)系數(shù)為0.33，為正相關(guān)。在反推小時入庫流量時，受開停機(jī)影響比較嚴(yán)重。從圖1可以看出:在第5小時、第29小時和49小時的時候，流量突然增大。究其原因，是因?yàn)榈?小時48分停機(jī)，第28小時49分停機(jī)，第48小時10分機(jī)組停機(jī)，河流受到大壩的攔截，水流由流動的動能轉(zhuǎn)化為勢能，從而壅高水位。而又因?yàn)樾仑S江水庫壩上水位采用前40 min的移動平均值，也就是說遙測水位比實(shí)際水位值滯后20 min，剛好影響停機(jī)時段的小時反推流量。雖然新豐江的水位采用了40 min內(nèi)采集160次水位，并對其求平均值。但是由于新豐江水庫的水位計(jì)安裝的離發(fā)電機(jī)進(jìn)水口不足90 m，所以該方法只能消除水庫正常的正弦波動，而不能消除由于機(jī)組的關(guān)閉而引起的水位壅高。第5、29、49小時停機(jī)對小時反推流量影響，流量突然增大，相對停機(jī)13時的反推入庫流量，差值達(dá)到了600 m3/s，也就是說影響水位變動了9 mm，換算成對日平均流量影響達(dá)到了25 m3/s，見圖1。

圖1 新豐江水庫20120618負(fù)荷入庫流量關(guān)系圖

2.2.2 風(fēng)速對入庫流量影響分析

由于水庫庫面面積大，116 m時庫面積達(dá)到364 km2，而入庫流量相對比較小，在2011年12月份的平均入庫流量才38.4 m3/s。因此，水庫每變動1 mm，影響日平均入庫流量達(dá)到2.5～4.5 m3/s(水位和庫容不同影響不同)。為了驗(yàn)證風(fēng)速的影響，我們選取2011年12月份(選取原因?yàn)楸驹聸]有降雨，且前期也有10 d沒有降雨，所以本月入庫為基流)。

我們選取河源站的氣象資料風(fēng)速和入庫流量做相關(guān)關(guān)系分析。發(fā)現(xiàn)他們的相關(guān)系數(shù)為－0.28，也就是說它們是負(fù)相關(guān)的。

因?yàn)樾仑S江水庫內(nèi)有數(shù)量眾多的小水電，為了剔除小水電對入庫影響，我們選取水庫內(nèi)兩各控制站入庫流量比較平順階段16－19日，順天和岳城水文站控制流域面積占水庫總流域面積的1/3，可以認(rèn)為已經(jīng)排除小水電影響。5日最低風(fēng)速10 m/s時入庫流量為30 m3/s，而到達(dá) 10日最高風(fēng)速30 m/s時入庫流量為14.3 m/s，流量變動約為15 m3/s。因此我們認(rèn)為在風(fēng)速達(dá)到30 m/s，通過影響水位影響日平均入庫流量計(jì)算達(dá)到15 m3/s，見圖2。同時，我們認(rèn)為風(fēng)向也是影響因素之一，風(fēng)向不同，影響不同，見表2。

表2 新豐江2011年12月份入庫流量與風(fēng)向風(fēng)速關(guān)系

圖2 入庫流量與風(fēng)速關(guān)系圖

2.3 發(fā)電流量及泄洪流量

新豐江發(fā)電公司經(jīng)過多年效率試驗(yàn)，基本上對NHQ曲線進(jìn)行多次修正，已經(jīng)比較符合實(shí)際，本文不再展開論述。當(dāng)然，如果能夠采用實(shí)測發(fā)電流量，那肯定能減少誤差。新豐江水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，泄洪很少，10多年才泄洪1次，資料很少，本文不再展開論述。發(fā)電流量及泄洪流量如前面已經(jīng)論述，因?yàn)樗徽颈容^接近壩體，發(fā)電流量及泄洪流量通過對水位施加影響從而影響庫容差，進(jìn)而影響入庫流量，并且，隨著它們的流量的加大，影響隨之加大。

2.4 滲漏損失

由于水庫多年運(yùn)行后，滲漏已經(jīng)比較穩(wěn)定，大約1萬m3，基本可以忽略。

3 結(jié)論

通過以上分析，我們認(rèn)為新豐江反推入庫流量受到了3個方面的影響，結(jié)論如下:

1)在當(dāng)前的入庫流量反推模式下，水面蒸發(fā)量與多年平均蒸發(fā)量的差值影響到反推日平均入庫流量的偏差，影響值最大為10 m3/s。

2)由于遙測水位太靠近進(jìn)水口，所以受到開停機(jī)或泄洪的影響。對新豐江水庫的小時平均反推入庫流量，在裝機(jī)容量范圍內(nèi)影響值最大為600 m3/s，折算成日平均流量為25 m3/s。在泄洪時，影響值隨著下泄流量不同而不同。

3)風(fēng)速對入庫流量起到負(fù)相關(guān)的作用。影響為30 m/s的風(fēng)速，對入庫影響達(dá)到15 m3/s，也就是說可以影響水位5 mm。由于這個是風(fēng)對寬闊的水面形成一個波降，從而影響對入庫流量的反推。其影響規(guī)律為，隨著冷空氣入侵，庫面起風(fēng)，水位比實(shí)際偏低，反推的入庫流量偏小;隨著風(fēng)速停止后，入庫流量恢復(fù)到原來水平。

4 建議

1)在枯水期，風(fēng)速和小水電對預(yù)報入庫流量精度影響很大，建議在刮風(fēng)時適當(dāng)調(diào)整，風(fēng)速在30 m/s時，調(diào)整入庫流量不超過15 m3/s。

2)在條件允許的情況下，把遙測水位計(jì)盡量往上游搬遷以排除開停機(jī)或泄洪對水庫水位的影響。

3)在條件允許的情況下安裝遙測蒸發(fā)測量裝置。

［1］王世策，胡曉勇.大型水庫計(jì)算入庫流量波動過大問題分析［J］.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010(3):19－21.

［2］夏守筠.小山水庫入庫流量計(jì)算誤差產(chǎn)生原因分析［J］.吉林電力，2004(6):35－37.

［3］楊景元.水庫入庫流量計(jì)算中的問題及其解決途徑［J］.水利水電技術(shù)，1993(12):3－6.

［4］左振魯，唐海華，陳森林，等.三峽水庫正常運(yùn)行期入庫流量計(jì)算方案分析［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2010(5):74－77.