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小水电工程径流计算的教训和建议

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/5/4 15:47:58   

  所属频道:  水力发电    关键词:  电工 计算 水电

[摘 要]以2个小水电站径流计算为实例,分析移用降雨径流关系和参证站选择的教训,对改进小水电站径流计算方法提出了建议。表4个。[关键词]小水电 径流计算 降雨径流关系 参证站选择1 问题的提出小水电工程的实际发电量常达不到设计发电量,其中很重要的原因就是设计年径流计算不合理。本文通过2例实际工程径流计算的教训分析,对一般工程的径流计算问题展开讨论,以期对类似工程有所借鉴。2 大龙潭水电站径流计算2.1 原设计存在的问题大龙潭水电站位于安徽省岳西县境内,属皖河水系,皖河上游有皖水、潜水、长河3条主要支流,大龙潭水电站地处中间支流潜水上游。电站流域面积209km2,总库容1030万m3、兴利调节库容441万m3,电站平均水头75m,装机容量10MW、原设计年均发电量2956万kW·h。电站于1994年底建成发电,但实际年发电量比设计值偏小较多,如1995~1999年,相应来水量比多年平均值大12%,但实际年均发电量仅为2318万kW·h,为原设计发电量的78%,其中1998年为丰水年,年发电量也仅为2756万kW·h。应电站和省主管部门的要求,对原设计成果进行了复核。2.2 复核分析结果电站坝址附近无实测径流资料,所在的潜水上下游虽有来榜、潜山水文站,但因控制流域面积相差太大,不宜选为参证站。而相邻的长河上有周家河水文站、相邻的皖水上有岳西水文站可选作参证站。采用3种方法复核电站的设计径流:方法1 移用周家河站年降雨径流关系计算大龙潭电站年径流,即原设计采用的方法,计算得多年平均径流深1053mm;方法2 以周家河站为径流参证站,用大龙潭电站与周家河站集水面积和降雨量缩放周家河站径流过程,得多年平均径流深940mm;方法3 以岳西站为径流参证站,用大龙潭电站与岳西站集水面积和降雨量缩放岳西站径流过程,得多年平均径流深932mm。上述3种方法都符合原设计时期的规范要求,而按照1994年发布实施的《小型水力发电站水文计算规范》,只有方法3是合适的,再与附近流域实测径流对比检查(见表1),确定方法3作为复核结果。原设计径流分析方法虽为当时有关规范推荐的方法之一,但与其它方法比较分析不足,计算径流量偏大13%(见表2),设计年发电量偏大15%、保证出力偏大14%。另考虑水能计算旬平均流量与日平均流量的差别,原可研阶段年均电量还再偏大16%。2.3 径流计算偏大的原因原设计以周家河站作为径流参证站,直接移用参证站的年降雨径流关系推求大龙潭水电站年径流。经分析,移用降雨径流关系推求设计年径流,存在以下问题:1)均化了径流分布降雨径流关系相关点据大多偏离相关线两侧,如直接移用参证站降雨径流相关线,由于相关误差存在,导致实际偏丰的径流在相关结果中减小,实际偏枯的径流在相关结果中增大,径流过程比实际均匀。这对径流年均值没有影响,对调节性能较强的大型工程的效益也基本没有影响,但对小水电站的影响却是不可忽视的。因小水电站通常调节性能不强,水量利用率不高,丰水期的径流量偏低计算时,主要是减少了弃水量,对发电量的影响不大,但枯水期的径流量被偏大计算后,却直接地增加了发电量。2)易受面雨量误差的影响年降雨量一般随地理坐标的不同而发生连续均匀的变化,但由于降雨量观测条件不同和降雨时空变化,观测的降雨量有一定误差,计算的设计流域面雨量也不可避免有一定误差,受雨量站数量的限制和选取参证站的不同,面雨量的误差有时还是较大的。直接借用参证站的降雨径流关系推求设计年径流,就会将设计流域面雨量的计算误差传递并放大,导致径流量计算成果误差加大。3)影响了径流参数的准确性由于简单地移用降雨径流关系推求设计年径流,均化了径流分布,使径流系列的计算参数Cs减小,甚至可能变为负值,使径流频率曲线出现不常见的负偏现象。从表3可以看出,简单地移用降雨径流关系,确实会产生一些不合理的结果。如偏枯的1965年,大龙潭电站比周家河站实测降雨仅多出62mm,而推算的年径流深却多出300mm;偏丰的1973年降雨多31mm,而推算的年径流深却减小108mm。大龙潭电站流域内桂花屋雨量站由不明原因比其周边雨量年均多出220mm,导致多年平均面雨量增加131mm,而推求的年径流深却多出196mm,把雨量偏大的影响进一步放大。3 郑家湾电站径流计算3.1 原可研阶段径流计算郑家湾水电站位于安徽省霍山县境内,在东淠河西支漫水河支流太阳河上,流域面积216km2。电站可研报告于1993年编制,原设计总库容2300万m3、兴利调节库容1220万m3,电站平均水头160m,装机容量34MW、原设计年均发电量7785万kW·h。电站坝址附近无实测径流资料,北侧漫水河干流下游有白莲崖水文站(面积747km2),东侧相邻流域有黄尾河水文站(面积270km2),西侧相邻流域有金坪岭水文站(面积345km2),南侧相邻流域有岳西水文站(面积137km2)。坝址北、西、南3个水文站年径流深相差不大,而东侧黄尾河水文站年径流深明显高出周围地区。南、西2个水文站因处于距离较远的不同流域,不宜选为参证站,北、东2个水文站与设计电站同属一个流域或属距离最近的相邻流域.可作径流参证站。原可研报告选择相邻流域黄尾河水文站作为径流参证站,计算得郑家湾电站年径流深为1081mm。3.2 初设阶段径流复核2004年初设时,根据《小型水力发电站水文计算规范》的规定,采用下游的白莲崖水文站为参证站,按集水面积比缩放,并用降水量比例修正。由于参证站与设计站集水面积相差超过了一般不超过50%的规定,除按降水量修正外,设计中又根据邻近流域实测资料分析,考虑到同一河流上下游径流系数的差别,再对郑家湾电站的径流作加大3%的修正。计算得郑家湾电站年平均径流深849mm,按旬计算年均发电量为5641万kW·h,按日计算年均发电量为4966万kW·h。原可研计算径流和发电量偏大27%,旬日计算时段电量差13.6%。3.3 原可研阶段径流计算方法讨论1) 全面分析上下游径流特性差异流域上游地面坡度和河道坡降大,降水量可能也大,但小流域不闭合,河槽的下切深度常随流域面积减小而减小,河床地下水潜流量增多,其地面径流深也常大于下游。在无资料地区设计径流时,应根据参证站具体情况除考虑面积、雨量修正外,还应考虑对上下游径流特性的修正。原可研以黄尾河站为参证站计算郑家湾水电站的径流深为1081mm,比同期下游的白莲崖水文站实测径流深816mm大32.5%,但初设中分析了邻近流域实测径流特性(见表4),这种差别最大仅7%,平均只有4%左右。2) 合理考虑流域面积影响郑家湾水电站与相邻流域黄尾河水文站虽然流域面积相近,但已有实测径流资料可以说明黄尾河水文站处于降雨和径流的高值中心区域,明显高于周围的水文站。虽然本流域下游的白莲崖水文站与郑家湾电站的流域面积之比为3.4(即前者是后者的3.4倍),但附近流域实测径流资料可以说明,流域上下游径流系数的差别仅有3%左右,在径流特性差别不明显的情况下,应优先使用本流域的实测资料。3) 应客观地进行合理性检查白莲崖站实测年均径流深816mm,如按郑家湾电站可研采用年径流深1081mm,就可推算出漫水河主源(面积531km2)年径流深为708mm。白莲崖水文站以上气象和下垫面情况并无明显差别,原可研把支流河道径流深加大为干流主源河道的1.53倍,这同降水空间变化矛盾较大,产生明显的不合理的径流地区分布。4 小水电径流计算的教训和建议4.1 规范径流计算方法本文的2个实例都发生在1994年以前,当时没有小水电水文计算专业规范,能参考的只有《小型水力发电站设计规范》和主要适用大中型工程的《水利水电工程水文计算规范》。虽然2个工程的径流计算原则上是符合上述规范的,但由于没能反映小水电工程的特点,使径流计算分别偏大13%和27%,给工程带来了不应有的问题。水利部农村电气化研究所1994年主编了《小型水力发电站水文计算规范》,这是一份针对小水电工程、实用性很强的水文计算专业规范。只要能正确理解并自觉执行该规范,2个实例中的类似问题就可以完全避免。4.2 慎用降雨径流相关法大龙潭电站工程实例说明,在小水电径流计算中简单地借用其它流域的降雨径流相关法推求径流,常产生较大的误差。2002年新修订《小型水力发电站设计规范》中已删除了参照相似地区的降雨径流相关法推求径流的方法;《小型水力发电站水文计算规范》也没有推荐直接借用其它流域的降雨径流相关法。但由于大中型工程水文计算的习惯,现在仍有不少小水电工程沿用这一方法。因此,建议慎用降雨径流相关法,作为区域综合分析手段使用时,也应控制其面积差别,分析修正径流特性。4.3 正确选择参证站《小型水力发电站水文计算规范》关于径流参证站选择的规定十分明确,一般工程只要按规范选择就不会产生错误。但该规范要求用集水面积缩放的方法中规定面积相差一般不超过50%,从现有资料条件看,这一要求太高。从满足使用要求分析,流域气象和下垫面情况没有明显变化的同一流域,即使集水面积相差达到3倍左右,只要对降雨和径流系数等做出合适的修正,其计算径流的精度仍比其它方法可靠。4.4 重视径流过程小水电的径流成果除分析计算径流参数外,关键还应推求出能体现设计径流参数的径流系列。典型年径流资料或以旬及以上为计算时段,常给发电量的计算造成较大误差。应尽可能分析采用以日为计算时段的系列年资料,或分析计算时段日、旬对发电量的影响。4.5 做好径流成果的合理性检查多年的实践已表明,无资料地区小水电工程的径流分析成果的误差对工程规模和工程效益的影响程度相对较大,所以应特别重视径流成果的合理性检查。作为设计人员,首先要恪守职业道德,实事求是,按规范要求分析计算,才能得到正确的成果。王 平(1960-),男,高级工程师,主要从事水利水电规划工作。Email:wangping-2@sohu.com

来源:小水电
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