不同水文序列下梯級水庫能量指標(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。國內(nèi)對于水電站能量指標(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，解決等出力法的計算程序陷入無限循環(huán)的缺陷；張秀菊[3]對比分析保證出力的不同計算方法，推薦年調(diào)節(jié)以上水電站應(yīng)用等出力法計算保證出力；日調(diào)節(jié)水電站則應(yīng)用簡化的調(diào)節(jié)流量法計算保證出力；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)兩種保證出力計算方法，得出當(dāng)天然入庫徑流量和水庫等水位對應(yīng)的庫容呈減少趨勢時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?yīng)的下游水位呈下降趨勢時水電站的保證出力及發(fā)電量呈增大趨勢的結(jié)論。

目前對于能量指標(biāo)影響因素及變化規(guī)律研究還不完善.本文以梯級水電站A 為研究對象，從徑流周期、徑流過程和徑流總量三個角度入手，對比分析不同分類條件下能量指標(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 徑流過程的分類

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間序列的多時間尺度特征，得出不同時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 年作為研究對象，將徑流序列劃分成5 個連續(xù)的豐枯段（1960-1969，…）進(jìn)行分析，并分別用Ai（i=1～5）表示。

1.2 按徑流過程分類

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來表示屬于前豐后枯徑流過程的水文序列，用C2來表示屬于前枯后豐徑流過程的水文序列。具體分類結(jié)果見表1。

1.3 按徑流總量分級

將歷史徑流序列按年徑流總量分級，劃分成豐、平、枯三個級別的水文子序列。

具體分類結(jié)果見表2。

表1 按徑流過程分類結(jié)果

表2 歷史徑流序列按徑流總量分級

2 能量指標(biāo)的對比與分析

將梯級水電站看做一個整體，采用等流量調(diào)節(jié)計算方法進(jìn)行長系列徑流調(diào)節(jié)計算得到能量指標(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來水情況對于梯級能量指標(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程時采用保證出力N 作為對比的指標(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 作為對比指標(biāo)。其中多年平均耗水率μ 的計算公式如下：

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度。

2.2 能量指標(biāo)的對比分析

分別對比不同豐枯段的能量指標(biāo)變化情況，計算結(jié)果見表3。

表3 不同豐枯段間能量指標(biāo)的對比

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；E 隨Q 的變化呈上升趨勢且變化率與Q 相似，而μ 變化規(guī)律與Q 沒有直接關(guān)系。

分別對比不同徑流過程的能量指標(biāo)變化情況，計算結(jié)果見表4。

表4 不同徑流過程間能量指標(biāo)的對比

由表4 可知，前枯后豐徑流過程的E、N 和μ 都大于前豐后枯徑流過程；E、N 隨Q 的變化呈上升趨勢且變化率均與Q 相近，相對于E 和N，兩個徑流過程的μ 則相差無幾，變化率僅為0.4%。

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

由圖1 可知，不同徑流總量等級間，E 和μ 隨徑流總量等級的變化呈上升趨勢；其中，E 與Q 的變化率相似；相對于E，μ雖然總體呈上升趨勢，但變化趨勢則緩于E。

分析表明，徑流過程的形態(tài)對梯級發(fā)電量影響不大，梯級發(fā)電量主要取決于來水量；對比不同的徑流周期，豐水段的水能利用率普遍低于枯水段的水能利用率；對比不同徑流過程，前豐后枯徑流過程水能利用率相對較高；來水總量越少，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)梯級能量指標(biāo)的變化規(guī)律，建議梯級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、徑流過程和徑流總量三個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)的問題，通過對比分析得出能量指標(biāo)變化規(guī)律并給出調(diào)度建議，對梯級的實際調(diào)度有一定的指導(dǎo)意義。