南水北調(diào)寶應(yīng)抽水站流量定線方法探討

王亞賓　錢睿智　王永東

（江蘇省水文水資源勘測(cè)局揚(yáng)州分局，江蘇揚(yáng)州　225002）

南水北調(diào)寶應(yīng)抽水站流量定線方法探討

王亞賓錢睿智王永東

（江蘇省水文水資源勘測(cè)局揚(yáng)州分局，江蘇揚(yáng)州225002）

本文以寶應(yīng)抽水站為例，對(duì)臨界揚(yáng)程抽水站流量定線方法進(jìn)行了研究。鑒于寶應(yīng)抽水站揚(yáng)程處于低揚(yáng)程和高中揚(yáng)程的分界處，根據(jù)實(shí)測(cè)流量資料，按照規(guī)范給定的低揚(yáng)程和高中揚(yáng)程抽水站流量定線方法，分別確定了該站的流量關(guān)系曲線，并對(duì)定線結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)和精度評(píng)定。結(jié)果表明兩種定線方法均可行，且定線精度較高。通過本文研究，豐富了寶應(yīng)抽水站的流量定線方法，為處于揚(yáng)程分界處的抽水站流量定線提供了參考案例。

抽水站；流量；定線

1　引言

抽水站流量定線是水文資料整編內(nèi)容之一，主要用于推算水量和泵站效率系數(shù)，是科學(xué)調(diào)度水資源和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的重要技術(shù)手段。《水文資料整編規(guī)范》SL 247—2012給出了低揚(yáng)程（0～6m）抽水站和高中揚(yáng)程抽水站的流量計(jì)算公式和定線方法。實(shí)際中，有些抽水站的揚(yáng)程處于低揚(yáng)程和高中揚(yáng)程的分界處，這種臨界揚(yáng)程抽水站該如何進(jìn)行流量定線尚待研究，例如南水北調(diào)寶應(yīng)抽水站（下稱寶應(yīng)站）設(shè)計(jì)揚(yáng)程7.6m，實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程在6m左右，本文試用低揚(yáng)程和高中揚(yáng)程兩種定線方法對(duì)寶應(yīng)站進(jìn)行流量定線，希望達(dá)到豐富該站流量定線方法的目的。

2　研究方法

2.1寶應(yīng)站概況

寶應(yīng)站位于江蘇省揚(yáng)州市寶應(yīng)縣范水鎮(zhèn)，是南水北調(diào)東線一期工程的水源工程，主要作用是與江都抽水站組成第一級(jí)抽水站，也可以抽排里下河地區(qū)澇水。該站站上通過引河與京杭大運(yùn)河相連，站下通過潼河與里下河地區(qū)水網(wǎng)溝通，設(shè)計(jì)流量100m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程7.6m，選用3500HDQ-7.6型立式導(dǎo)葉式液壓全調(diào)節(jié)混流泵，配TL-3400/48立式同步電動(dòng)機(jī)4臺(tái)套（3主1備），總裝機(jī)容量13600kW。2005年10月，該站通過試運(yùn)行驗(yàn)收。

2.2流量測(cè)驗(yàn)

2014年5月南水北調(diào)東線全線試通水和8月南四湖生態(tài)應(yīng)急調(diào)水期間，江蘇省水文水資源勘測(cè)局揚(yáng)州分局在寶應(yīng)站進(jìn)行了流量測(cè)驗(yàn)。測(cè)流斷面位于該站下游河道順直、水流平穩(wěn)處，測(cè)流采用600Hz走航式ADCP；水尺斷面位于該站上、下游水流平穩(wěn)處，水位觀測(cè)采用固態(tài)存儲(chǔ)水位計(jì)；泵機(jī)開機(jī)臺(tái)數(shù)和功率在該站運(yùn)行管理系統(tǒng)上抄錄。流量測(cè)驗(yàn)執(zhí)行《聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》SL 337—2006，測(cè)驗(yàn)成果見表1。

表1　寶應(yīng)站流量測(cè)驗(yàn)成果

兩次測(cè)驗(yàn)實(shí)測(cè)流量共35次，揚(yáng)程范圍4.91～6.5m，流量范圍32.7～107m3/s，開機(jī)臺(tái)數(shù)1～3臺(tái)，基本包含了該站不同的運(yùn)行狀態(tài)，測(cè)點(diǎn)分布合理，測(cè)驗(yàn)資料滿足《水文資料整編規(guī)范》中流量定線的要求。

2.3低揚(yáng)程抽水站定線

根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》，低揚(yáng)程抽水站流量定線采用指數(shù)函數(shù)法，流量計(jì)算公式為:

式中Q——流量，m3/s；

ηk——抽水效能系數(shù)；N——電功率，kW；e——自然對(duì)數(shù)底；

ε——抽水效能隨揚(yáng)程增加而遞減的系數(shù)；h——揚(yáng)程，m。

將式（1）移項(xiàng)取對(duì)數(shù)，得:

a.分析h～（Q/N）關(guān)系。根據(jù)流量測(cè)驗(yàn)資料，計(jì)算各測(cè)次的揚(yáng)程h和Q/N，繪制h～（Q/N）關(guān)系線圖，如圖1所示。

圖1　寶應(yīng)站h～（Q/N）關(guān)系圖

據(jù)圖1定出h～（Q/N）關(guān)系線，為:

b.據(jù)式（2）計(jì)算，ε=0.185，ηk=0.0370。

c.將ε、ηk代入式（1），得到寶應(yīng)站流量關(guān)系式為:

d.檢驗(yàn)與評(píng)定。按照《水文資料整編規(guī)范》要求，流量關(guān)系曲線為單一曲線，且測(cè)點(diǎn)在10個(gè)以上者，應(yīng)做符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)和偏離數(shù)值檢驗(yàn)，當(dāng)檢驗(yàn)結(jié)果均接受原假設(shè)時(shí)，才能認(rèn)為定線合理。

采用南方片水文資料整編系統(tǒng)SHDP2.0，對(duì)寶應(yīng)站流量關(guān)系曲線［式（4）］進(jìn)行上述三項(xiàng)檢驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2　寶應(yīng)站流量關(guān)系曲線（指數(shù)函數(shù)法）檢驗(yàn)計(jì)算

由表2可見，該流量關(guān)系曲線的三項(xiàng)檢驗(yàn)全部通過，說明定線合理。

《水文資料整編規(guī)范》規(guī)定電力抽水站以電功率作參數(shù)的流量關(guān)系曲線精度同堰閘站，其中一類精度水文站定線精度指標(biāo)為隨機(jī)不確定度10%，系統(tǒng)誤差±2%。該流量關(guān)系曲線的隨機(jī)不確定度為6%，系統(tǒng)誤差為0.2%，滿足一類精度水文站定線精度指標(biāo)要求，表明該流量關(guān)系曲線精度較高。

2.4高中揚(yáng)程抽水站定線

根據(jù)規(guī)范，高中揚(yáng)程抽水站流量定線采用效率法，流量計(jì)算公式為:

式中Q——流量，m3/s；η'——裝機(jī)效率；N——電功率，kW；h——揚(yáng)程，m。

a.分析h～η'關(guān)系。該站4臺(tái)機(jī)組為同一型號(hào)，安裝、調(diào)試和運(yùn)行環(huán)境相同，各機(jī)組的裝機(jī)效率η'隨水位差變化的過程相似，本文用機(jī)組的綜合效率η代替各機(jī)組的裝機(jī)效率η'。

根據(jù)測(cè)驗(yàn)資料，計(jì)算各測(cè)次的揚(yáng)程h和綜合效率η，繪制h～η關(guān)系線，如圖2所示。

圖2　寶應(yīng)站h～η關(guān)系

據(jù)圖2定出h、η'關(guān)系線，為:

b.流量計(jì)算公式。將式（6）代入式（5），得到寶應(yīng)站流量關(guān)系曲線:

c.檢驗(yàn)與評(píng)定。采用南方片水文資料整編系統(tǒng)SHDP2.0，對(duì)寶應(yīng)站流量關(guān)系曲線［式（7）］進(jìn)行符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)和偏離數(shù)值檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3　寶應(yīng)站流量關(guān)系曲線（綜合效率法）檢驗(yàn)結(jié)果

由表3可見，該流量關(guān)系曲線的三項(xiàng)檢驗(yàn)全部通過，說明定線合理。

該流量關(guān)系曲線的隨機(jī)不確定度為5.4%，系統(tǒng)誤差為0，滿足一類精度水文站定線精度指標(biāo)要求，表明該流量關(guān)系曲線精度較高。

3　應(yīng)用與分析

根據(jù)寶應(yīng)站流量關(guān)系曲線式（4）和式（7）分別計(jì)算各測(cè)次流量，并與實(shí)測(cè)流量進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。

表4　寶應(yīng)站流量關(guān)系曲線推流與實(shí)測(cè)流量對(duì)照

續(xù)表

在生產(chǎn)中，尚需以實(shí)測(cè)流量對(duì)關(guān)系曲線進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證其準(zhǔn)確可靠，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合理現(xiàn)象時(shí)，可從流量測(cè)驗(yàn)和機(jī)組狀態(tài)變化等方面分析原因，對(duì)流量關(guān)系曲線進(jìn)行調(diào)整，直到滿足規(guī)范要求為止。當(dāng)推求流量在測(cè)點(diǎn)范圍內(nèi)時(shí)，其精度穩(wěn)定可靠，而在測(cè)點(diǎn)范圍外推流量，其精度無法保障，需謹(jǐn)慎使用，此種情況可通過增加不同工況的實(shí)測(cè)流量資料，而擴(kuò)大和完善流量關(guān)系曲線的適用范圍。

4　結(jié)論

本文對(duì)寶應(yīng)站按低揚(yáng)程和高中揚(yáng)程分別進(jìn)行了流量定線，兩條曲線均通過了三項(xiàng)檢驗(yàn)，且精度較高，表明兩種定線方法均可行，達(dá)到了豐富該站流量定線方法的目的。兩種定線方法均涉及揚(yáng)程h、電功率N和實(shí)測(cè)流量Q，提高流量測(cè)驗(yàn)精度，有利于保證流量定線精度和推流精度。機(jī)組效率與機(jī)組的調(diào)試、運(yùn)行和維修等運(yùn)行條件密切相關(guān)，當(dāng)運(yùn)行條件發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起機(jī)組效率的變化，從而影響流量曲線的準(zhǔn)確度，因此要加強(qiáng)水文測(cè)驗(yàn)部門和抽水站運(yùn)行管理部門之間的溝通，以確保流量關(guān)系曲線有效，從而達(dá)到水資源計(jì)量精準(zhǔn)的目標(biāo)。■

［1］中華人民共和國(guó)水利部.SL 247—2012水文資料整編規(guī)范［S］.北京:標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

［2］中華人民共和國(guó)水利部.SL 337—2006聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

［3］孫正蘭.江都抽水站流量計(jì)算方法分析［J］.水泵技術(shù)，2004（4）:44-46.

［4］朱金生，孫學(xué)勇，智日進(jìn).對(duì)二河新閘閘下水位—安全流量關(guān)系曲線幾個(gè)問題的探討［J］.水利建設(shè)與管理，2010（9）: 32-33.

［5］陳其遠(yuǎn).利用區(qū)間流量修正緊水灘電站閘門泄流曲線［J］.中國(guó)水能及電氣化，2014（3）:18-23.

Discussion on Baoying Pumping Station flow aligning method in South-to-North Water Diversion Project

WANG Yabin，QIAN Ruizhi，WANG Yongdong
（Jiangsu Hydrology and Water Resources Survey Bureau Yangzhou Branch，Yangzhou 225002，China）

In the paper，Baoying Pumping Station is regarded as an example to study critical head pumping station flow aligning method.Since the head of Baoying Pumping Station is located on the boundary between low head and high-medium head，flow relationship curves of the station are respectively determined according to measured flow data and in line with flow aligning method of low head and high-medium head pumping station given in the specification.The aligning results are tested，and the precision is evaluated.The results show that two aligning methods are feasible with higher aligning precision.Flow aligning method of Baoying Pumping Station is enriched through the study in the paper，thereby providing reference cases for pumping station flow alignment located in the head boundary.

pumping station；flow；alignment

TV123

A

1005-4774（2016）05-0025-05

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.05.007