太白縣將軍石水電站水文計算及裝機容量的確定

辛亞莉（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局　陜西　咸陽　712000）

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太白縣將軍石水電站水文計算及裝機容量的確定

辛亞莉
（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局陜西咸陽712000）

根據太白縣的基本水文地質條件和將軍石水電站所處的水能開發(fā)利用環(huán)節(jié)，參考相同流域水文站的徑流、洪峰資料，較為細致的進行了電站的水文計算，并進一步得出電站的保證流量、保證出力，最終確定了電站適宜的裝機容量和發(fā)電量，以期為同類工程裝機容量的計算提供參考。

水電站水文計算；日平均流量保證率；裝機容量

1　概況

太白縣地處秦嶺西部，位于寶雞市東南，因秦嶺主峰太白山在境內而得名。太白縣橫跨黃河、長江兩大流域，水資源十分豐富，境內有石頭河、紅巖河、湑水河等河流，是關中城市水源涵養(yǎng)地和飲用水資源保護地。太白縣政府立足于開發(fā)本地豐富的水資源，調整能源結構，促進縣域經濟發(fā)展，加大了水資源的開發(fā)力度，因此，將軍石水電站工程的建設將對區(qū)域水資源的開發(fā)和利用起到積極的推動作用。

1.1水文條件

太白縣將軍石水電站系石頭河上中游梯級開發(fā)水利資源項目之一，電站位于桃川鎮(zhèn)北坡村，樞紐位置在桃川河與沙河峽交江處。電站引水河流為渭河一級支流石頭河上中游之桃川河，引水樞紐以上流域面積142.1km2，年均徑流量0.902億m3。流域內降水較豐，自然植被良好，水流涵養(yǎng)性高。降水是河流徑流形成的主要因素，由于降水時段主要集中在7月、8月、9月三個月，占全年總降水量的60%以上，故徑流年際變化不均。流域內平均徑流深812mm，年平均徑流模數(shù)25.8m3/（s·km2）。

1.2地質條件

該工程所在地屬秦嶺地質構造帶，山體為東西走向緯向山脈。土質巖性由太古代結晶片巖，變質巖系的千枚巖及后期花崗巖侵入組成。河漫灘地由山前洪積扇形成，上部為碎石細砂泥粉質黏土，中部為巨礫及卵石，下部為基巖。河道左岸山體主要由片巖、花崗巖及少量白云質大理巖、黑云母斜長片麻巖組成，山體頂部為第四紀黃土覆蓋，山坡為殘積物覆蓋。

1.3可行性及優(yōu)勢

由于該電站位于桃川河左岸，而桃川河右岸緊靠姜眉公路，所以交通便利；河道石料豐富，可就地取材；太白變電10kV線路通過桃川，并網方便，隨電站增容加大，后可逐步改造線路等級；由上一級電站尾水引水不需修建引水樞紐，可減少工程項目，節(jié)省投資；工程占用耕地少，對環(huán)境影響小等諸多有利條件，使得工程具有建設期短、投資少、效益高、見效快等優(yōu)勢，因此，推進該水電站的建設優(yōu)勢明顯。

2　水文計算

將軍石水電站計劃引水水源有兩處：一是用桃川河自產流量；二是利用引紅濟石引水流量。本文以桃川河自產水為主，進行水文分析計算。

2.1洪水

石頭河流域設有斜峪關、鸚鴿兩處水電站，斜峪關站已有50年系列資料，控制流域面積為686km2，鸚鴿水電站也有30年水文資料，控制流域面積507km2，且距鹿臺溝電站樞紐（將軍石電站不設樞紐）30km，為同一流域，故水文計算以該站實測資料為參證。

表1　　參證站和研究區(qū)域各頻率下的洪峰流量　　單位：m3/s

先對鸚鴿水文站25年（1974年～1998年）的實測資料進行洪峰推求，利用相同流域的面積比擬法公式，推求研究區(qū)域的設計洪峰流量，然后計算樞紐處及廠區(qū)處各頻率下的洪峰流量，公式如下：

式中，Q設—為水電站的設計洪峰流量，m3/s；

F設—為水電站的控制面積，樞紐處取142.1km2，廠區(qū)處取202km2；

F參—為參證站的控制面積，km2；

Q參—為參證站的洪峰流量，m3/s。

根據《水利水電工程等級規(guī)劃及洪水標準》規(guī)定，該電站裝機容量小于1× 104kW，屬于小（二）型工程，工程等級為V等，永久性建筑物設防等級為5級，故電站樞紐的防護標準為10年一遇洪水設計，20年一遇洪水校核；廠區(qū)防洪標準為30年一遇洪水設計，50年一遇洪水校核。所以，將軍石水電站廠區(qū)處，洪水設計標準為P=3.33%、Q洪=1137m3/s，校核標準為P=2%、洪峰流量為Q洪=1256m3/s，見表1。

2.2多年平均徑流量的計算

采用鸚鴿水文站30年實測徑流資料，按相同流域面積比擬法推求得到樞紐處多年平均徑流量為0.902億m3。

2.3日平均流量保證率

2.3.1用實測資料推求不同保證率下日平均流量

該電站為無調節(jié)徑流引水，其日平均流量保證率的計算，按鸚鴿站實測徑流量系列資料進行分析，推求出豐、平、枯、三個徑流代表年，對代表年的日流量進行分級排隊，用頻率計算公式計算，適線求得不同保證率的日平均流量，取P=50%時的日平均流量待用。

2.3.2用平水年（P=50%）日平均流量推求

對計算得到的平水年（P=50%）日平均流量進行分級，作頻率分析，并計算出各級流量下的日平均出力、日發(fā)電量、分級發(fā)電量、累計發(fā)電量，并繪制出Q～P（流量-頻率）曲線，N～E～T（裝機容量-年電量-利用小時）曲線。根據應鸚鴿站平水年（P=50%）日流量資料，計算出“日平均流量保證率及水能計算”成果，見表2。

3　水能計算

將軍石水電站計劃引水水源有兩處：一是用桃川河自產流量；二是利用引紅濟石引水流量。計算電站保證出力按兩處水源分別進行。

3.1桃川河自產水保證流量及保證出力

保證流量：根據前面的水文分析計算結果得知，在P=50%時，保證流量為1.05m3/s，P=75%時、保證流量為0.68m3/s；P=80%、保證流量為0.60m3/s，該電站設計保證率確定為P=75%，其保證流量為0.68m3/s。

保證出力：該電站的設計保證率確定為75%，電站凈水頭為94m，其保證出力按水能計算公式計算：

式中，N保—為P=75%時的保證出力，kW；

A—為綜合出力系數(shù)，取8.0；

α—為效率系數(shù)，取0.90；

Q?！獮镻=75%時的保證流量，取0.68m3/s；

H凈—為電站設計凈水頭，取94.0m。

由上式可以算出，保證出力為460.2kW。

3.2引紅濟石利用流量的保證出力

引紅濟石工程的引水參數(shù)：多年平均引水量為0.94億m3～1.42億m3，引水流量為3.3m3/s～7.0m3/s，為安全保險起見，按照最小引水流量3.3m3/s計算保證出力。根據上式，計算得到保證出力為2233kW。

4　裝機容量的確定

4.1桃川河自產水裝機容量

根據前面桃川河自產流量日保證率及水能計算，桃川河在保證率為75%時，保證流量為0.68m3/s，相應的保證出力為460.2kW。

裝機容量確定有以下兩種方法：①由保證出力倍比法確定：根據規(guī)范，單純發(fā)電且在大電網中占比重較小的水電站，其裝機倍比系數(shù)在2.5～4.5之間，該站系單純向大電網供電，為充分利用豐水季節(jié)水量，故倍比系數(shù)取4.5，裝機容量應為2027kW；②由年利用小時數(shù)法確定：根據“日平均流量保證率及水能計算表”所繪制的N～E～T曲線圖，可查出年利用小時為某小時的裝機容量，無調節(jié)徑流電站單純發(fā)電且向大電網供電的年利用小時取4800h，查曲線圖，裝機容量可初定為2000kW。

根據兩種方法的計算結果，桃川河自產水部分確定的裝機容量大致為2000kW。

4.2引紅濟石引水流量裝機容量

引紅濟石引水流量按照最小引水量計算得到的出力為2233kW，該流量下的出力即為保證出力，而該水源穩(wěn)定，故用保證出力作為電站的裝機容量，所以，該水源的裝機容量為2233kW。

綜上，將軍石水電站總的總裝機容量應確定在4200kW～4800kW之間（考慮到倍比系數(shù)的選取以及水量變化等因素，根據經驗限定一個范圍），最終確定電站總裝機容量為4500kW。

由此，根據總裝機容量4500kW，年利用小時數(shù)4800h，可知年均發(fā)電量2160為萬kW·h。

5　結語

將軍石水電站系石頭河上中游梯級開發(fā)水利資源項目之一，它的建成對區(qū)域水能資源的充分利用具有重要意義。本文立足區(qū)域的基本水文條件，對該站的洪峰流量和日平均流量的保證率進行了設計，通過水能計算推算出保證出力和裝機容量。工程竣工后，電站運行穩(wěn)定，達到了預期的效果，說明對該電站此次裝機容量的設計是合理有效的。陜西水利

（責任編輯：暢妮）

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