淺析沙灣水電站入庫流量的監(jiān)測方法

謝 琰， 付 玉， 王永青

(四川圣達(dá)水電開發(fā)有限公司，四川樂山 614900)

1 概述

沙灣水電站位于四川省樂山市沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn)，為大渡河干流下游梯級開發(fā)中的第一級，距上游已建的銅街子水電站11．5km。電站采用一級混合式(河床式廠房加長尾水渠)開發(fā)。電站以發(fā)電為主，兼顧灌溉，總裝機容量為480MW(4×120MW)，屬國家大(二)型規(guī)模電站。電站正常蓄水位高程432m，總庫容4867萬m3，正常蓄水位以下庫容4554萬m3，額定水頭24．5m，設(shè)計引用流量 2203．2m3/s。

沙灣水電站目前無水情自動測報系統(tǒng)，電站入庫流量目前僅依靠國電大渡河公司在公網(wǎng)建立的一個專用網(wǎng)頁提供水情數(shù)據(jù)，主要有毛頭碼、沙坪、巖潤、紅旗四個水文站的流量和雨量小時數(shù)據(jù)，以及銅街子水電站小時出入庫流量、銅街子水電站小時上下游水位等水情數(shù)據(jù)。通過網(wǎng)頁上毛頭碼、沙坪、巖潤、紅旗四個水文站的流量和雨量數(shù)據(jù)可以分析流域水文情勢，基本上可以滿足電站短期和中期水文預(yù)報工作。但要做好沙灣水電站日常水庫調(diào)度工作，在銅街子水電站運行調(diào)節(jié)作用影響下，通過現(xiàn)有的水情資料難度較大。沙灣水電站距上游銅街子水電站僅11．5km，庫尾緊接銅街子水電站尾水出口，銅街子水電站出流即已入庫，而網(wǎng)頁上的水情數(shù)據(jù)是經(jīng)過銅街子水電站水調(diào)人員在完成相應(yīng)的計算后15min左右才將水情信息上傳至專用網(wǎng)站上，收到水情數(shù)據(jù)時間相對滯后，而且只能得到整點數(shù)據(jù)，因此不能反應(yīng)實時信息，而且通過公共網(wǎng)絡(luò)本身的可靠性就不高。在日常運行中，銅街子水電站為經(jīng)常承擔(dān)四川電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的電站，小時內(nèi)流量變幅大、變化頻繁，因此，監(jiān)測銅街子水電站實時下泄流量對于沙灣水電站水庫運行意義深遠(yuǎn)。銅街子水電站多年實際運行情況表明，銅街子水電站尾水?dāng)嗝娣€(wěn)定可靠，能很好地反映流量特征。若以銅街子水電站尾水?dāng)嗝孀鳛榭刂茢嗝妫⑺涣髁筷P(guān)系，繪制水位流量關(guān)系曲線，引入銅街子水電站尾水水位并將其接入沙灣水電站水情信息系統(tǒng)，就可以通過已有的水務(wù)計算軟件進(jìn)行計算而得出入庫流量，從而實現(xiàn)沙灣水電站入庫流量實時監(jiān)測的目的。而且通過這種方法對入庫流量進(jìn)行監(jiān)測的可靠性、安全性高，能夠很好地滿足沙灣水電站日常水庫調(diào)度和防汛調(diào)度等工作的需要。

2 銅街子水電站尾水?dāng)嗝嫠涣髁筷P(guān)系曲線的建立

2．1 資料收集

筆者對沙灣水電站運行五年來所收集到的銅街子水電站提供的每日小時尾水水位及其對應(yīng)的下泄流量點群進(jìn)行了分析整理，用2010年的分析資料繪制了銅街子水電站尾水?dāng)嗝嫠涣髁筷P(guān)系曲線，用2011年的整理資料進(jìn)行校核。現(xiàn)對2010年的整理資料進(jìn)行分析統(tǒng)計，將銅街子水電站尾水水位按從小到大的順序排列，找出與之相對應(yīng)的流量值，選取0．1m為節(jié)點節(jié)距，篩選后得出的尾水水位-流量統(tǒng)計成果見表1。

2．2 水位流量關(guān)系曲線的繪制

表1 銅街子水電站尾水水位-流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

按照表1中銅街子水電站水位-流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表中的數(shù)據(jù)點繪制的水位流量關(guān)系曲線見圖1。由于不是專門用于布設(shè)水位測站，其流速、斷面面積等無法測定，曲線的修正很難完成，故將曲線簡化為單一的曲線，以初始曲線作為成果曲線，然后用2012年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料對曲線進(jìn)行校核。

圖1 銅街子水電站尾水水位-流量關(guān)系曲線圖

2．3 利用曲線推求流量

根據(jù)所繪制的水位-流量關(guān)系曲線中的銅街子水電站尾水水位-流量關(guān)系曲線推求不同水位下的流量成果，選取0．1m為節(jié)點間距曲線流率成果見表2。根據(jù)表2可查算不同尾水水位下的流量值。

表2 銅街子水電站尾水流量關(guān)系曲線流率表(節(jié)點間距為0．1m)

2．4 水位-流量關(guān)系曲線的校驗

通過利用2009年整理資料作為樣本資料，從中每個月在高程432～438m以節(jié)點間距0．1m分別抽取5個值(遇到尾水水位在節(jié)點值提取數(shù)據(jù)點不夠時，選取節(jié)點值±0．01m的數(shù)據(jù)點代替選取節(jié)點值)進(jìn)行與得出的關(guān)系曲線成果進(jìn)行分析校驗。在銅街子水電站機組泄流下尾水水位在高程435．5m以下水位關(guān)系曲線擬合較好，曲線誤差很小，能夠滿足沙灣水電站水庫調(diào)度工作對資料的要求;在銅街子水電站機組和閘門同時泄流的情況下，尾水水位在高程435．5～436．5m時波動較大。這是由于銅街子水電站尾水水位監(jiān)測點設(shè)在機組尾水出水口處，當(dāng)閘門參與泄流時，由于閘門與機組尾水出水口之間有一段導(dǎo)流墻，閘門泄流量約在800m3/s以下時，尾水增幅不是很明顯，所以此時的流量差距頻繁時曲線誤差較大;當(dāng)尾水水位在高程436．5m以上時銅站泄洪閘門與機組同時泄流，這時閘門的泄流量較大，尾水流量關(guān)系較好;當(dāng)水位在高程438m以上時，由于流量較大，測點值較少，曲線誤差較大。

2．5 監(jiān)測方法的運用

通過在銅街子水電站裝設(shè)水位傳感器、通信終端、太陽能浮充蓄電池電源系統(tǒng)、避雷設(shè)備，建立銅街子水電站尾水水位自動監(jiān)測站，利用水位數(shù)據(jù)采集終端(RTU)和GPRS通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)水情信息的自動采集和遠(yuǎn)程傳輸，通過水位流量轉(zhuǎn)換軟件，參照水位流量關(guān)系曲線，將沙灣水電站實時入庫流量測算出來并反映到中心顯示終端，從而實現(xiàn)對沙灣水電站入庫流量的實時監(jiān)測。在枯水期和平水期，流域天然流量小于銅街子水電站滿發(fā)流量，銅街子水電站對天然流量的日調(diào)節(jié)作用很明顯，此時，銅街子水電站下泄流量基本上全部來自于機組下泄流量，而此時的關(guān)系曲線擬合較好，能夠滿足沙灣水電站水庫調(diào)度日常工作的需要。在汛期，當(dāng)流量大于銅街子水電站的機組滿發(fā)流量時，銅街子水電站對流域天然流量的日調(diào)節(jié)作用不是很明顯，基本上按照天然流量下泄。當(dāng)流量小于3000m3/s時，曲線有一定的偏差，但是，借助于上游沙坪水文站和毛頭碼水文站的數(shù)據(jù)和水位-流量關(guān)系曲線的趨勢預(yù)測，仍能滿足沙灣水電站防汛調(diào)度的需要。當(dāng)流量大于3000 m3/s時，曲線誤差較小，此時，曲線又能很好地反映流量關(guān)系。

3 結(jié)語

通過以銅街子水電站尾水?dāng)嗝孀鳛榭刂茢嗝妫~街子水電站尾水?dāng)嗝嫠?流量關(guān)系曲線，引入銅街子水電站尾水水位，從而實現(xiàn)了對沙灣水電站入庫流量的實時監(jiān)測，經(jīng)過兩年時間的實際運用情況看，水位-流量關(guān)系曲線吻合性較好。通過這種方法對入庫流量實施監(jiān)測可靠性、安全性較高，很好地解決了沙灣水電站水庫調(diào)度和防汛調(diào)度工作中的難題。