利用区间流量修正紧水滩电站闸门泄流曲线

(浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000)

利用区间流量修正紧水滩电站闸门泄流曲线

陈其远

(浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000)

紧水滩水电站开闸泄洪时，计算的石塘水电站区间水量与区间控制站计算的水量误差较大。本文通过对紧水滩电站泄洪期间日、时段水量平衡误差趋势以及两座水电站出、入库水量平衡原理分析，查找了引起误差的关键原因；通过闸门流量曲线误差的分析，确定了泄流曲线误差与区间控制站流量的因果关系；对闸门泄流曲线进行了修正，使修正后闸门泄流曲线查算流量误差符合水文计算规范要求，使上下水库水量平衡计算更加合理，为防洪调度提供了更加准确的基础资料。

闸门泄流曲线误差； 平衡计算原理； 石塘区间； 紧水滩水库

准确的出库、入库资料是水库防洪与兴利调度的重要依据，是保证大坝安全和水库安全度汛的基础资料，它不仅影响到水库洪水预报精度的评定，而且对水库联合调度、防洪度汛以及发电用水和有关能量指标值起着关键性作用。因此，准确计算水库入库、出库水量十分必要。

1 工程简况

紧水滩水力发电厂由紧水滩(一级)、石塘(二级)组成梯级电站，两站相距25km。坝址均位于浙西南山区的丽水市云和县境内龙泉溪上，电站是以发电为主，兼顾航运、过木、防洪等综合效用的大(2)型水利枢纽工程。

紧水滩水电站坝址以上集雨面积2761km2，挡水坝为三心双曲混凝土拱坝，坝高102m，电站为坝后式厂房，装有6台50MW的水轮发电机组，总装机容量300MW，布设泄洪闸门4扇(2浅孔、2中孔)，对称布置，最大下泄流量6117m3/s。

石塘水电站坝址以上集水面积3234km2(其中紧水滩2761km2、石塘区间473km2)。挡水坝为混凝土重力坝，坝高38.9m，电站为坝后式厂房，装有3台28.6MW的水轮发电机组，总装机容量85.8MW，布设弧形泄洪闸门5扇，最大下泄流量7880m3/s。其中，浮云溪是区间唯一的入流，在浮云溪上的下垟建一水位观测站，作为区间流量控制站，站址以上面积338km2，占区间面积的71.5%。见图1。

2 研究课题

紧水滩水电站开闸泄洪时，在计算石塘水电站水量平衡时，所得的区间水量与区间水位控制站计算的水量误差较大，误差幅度有负值或偏小。

根据平衡原理，W石站入库水量=W紧站发电水量+W紧站泄洪水量+W区间来水量，本文需研究公式中的三个因素：紧水滩水电站发电水量、紧水滩水电站泄洪水量、石塘水电站区间水量。

3 理论依据

3.1 石塘水库水量平衡要素的组成

石塘水电站的入库水量由两部分组成：一是紧水滩水电站出库水量(包括机组发电和泄洪水量)；二是集水面积473km2的区间入流。浮云溪是区间唯一的入库河流，在浮云溪的下垟建一水位流量控制站，站址以上面积338km2。水量平衡是水文现象和水文过程分析研究的基础，也是水资源数量和质量计算及评价的依据。水量平衡方程式可由水量的收支情况来确定。系统中输入的水(I)与输出的水(O)之差就是该系统内的蓄水量(ΔS)，其通式为I-O=±ΔS。按系统的空间尺度，大到全球，小至一个区域，均可根据通式确定不同的水量平衡方程式。

石塘水库水量平衡模型的数学表达式如下：

ΔV=(W紧发+W紧泄+W区间)-W出

(1)

其中

W出=W发+W泄+W渗+W蒸

(2)

式中 ΔV——水库蓄水量的变化；

W紧发——紧站发电水量；

W紧泄——紧站泄洪水量；

W区间——区间来水量；

W出——出库水量；

W发——发电水量；

W泄——泄洪水量；

W渗——渗漏水量，水量很小，可忽略不计；

W蒸——蒸发水量，水量很小，可忽略不计。

根据式(1)、式(2)求得

W入=W发+W泄+ΔV

(3)

电站入库水量由发电水量、泄洪水量和蓄水量组成，发电水量根据发电机组开停机状态和发电量求得，泄洪水量由闸门泄流曲线查得，蓄水量是水库坝前水位变化引起的库容变化量。

3.2 下垟站水位流量关系曲线的求证

下垟水位站是石塘区间入库流量的控制站，站址以上集雨面积338km2，占区间面积的71.5%。水位流量关系曲线由建站时测得的原始数据点绘而成，该曲线一直在实际中应用。通过多年资料拟合分析，在高水位时查得的流量值偏小(见图2)。经过水量平衡资料率定，当下垟站流量值小于100m3/s时，可直接应用，当流量值大于100m3/s时，查算的流量值则按1.24倍进行放大处理后作为区间来水量应用。其结果符合水量平衡计算要求。

3.3 水库库容曲线的复核

2008年南京水利科学研究院受委托对紧水滩、石塘两水库库容进行复核，利用地球资源卫星资料来推求两水库的库容曲线。其基本原理是根据地表水体的紫外线、可见光、近红外线等各波谱段的吸收、辐射、反射的物理特性，利用不同时期、不同水位成像时的卫星影像资料，经过计算机遥感图像处理，分别提取每个时间段的库区水边线位置及所包围的水域面积，然后依据与之对应的实测水位，做出水位—库面面积曲线和水位—库容曲线。其结果经过水量平衡计算复核，基本符合计算要求，原库容曲线与复核的库容曲线基本符合。

3.4 机组效率曲线的复核

紧水滩、石塘水电站投入发电运行后，1996年南京水文研究所对两站9台机组进行了效率试验，高、中、低水头工况下的试验结果基本与原设计试验数据吻合，能满足水量平衡计算要求。

3.5 计算资料样本的选取

选取2010年7月8～14日、2010年6月17～28日、2012年6月24～27日的样本资料(包括紧水滩、石塘水电站泄洪、发电等不同组合的时段资料和日资料)进行水量平衡计算和分析。选取石塘闸门泄流、紧水滩闸门泄流的资料，利用下垟站水位流量关系曲线，根据水量平衡原理，推求紧水滩泄流曲线误差。

4 利用水量平衡原理推求紧水滩闸门泄流误差

对W石站入库水量=W紧站发电水量+W紧站泄洪水量+W区间来水量公式中的各因素进行分析。由于两站的库容曲线已经通过复核，机组效率曲线也进行过试验，区间下垟控制站水位流量曲线也进行了求证，均能满足水量平衡的要求，可以排除W紧站发电水量、W区间来水量两因素引起的误差，因此，引起误差原因是W紧站泄洪水量。

4.1 日水量列表平衡分析

利用下垟站水位流量关系曲线进行水量平衡计算，推求紧水滩出库水量W石推，再根据紧水滩电站时段水量平衡计算出库水量W紧计，得出误差水量为W石推-W紧计(见表1)。

通过日资料的分析、统计，可以确定产生误差的趋势(见图3)。从图3可以看出，原泄流曲线查得的流量(计算泄洪流量)大于区间反推得出的闸门泄流量。

表1 日水量平衡分析(2010年7月10～12日) 单位：m3/s

4.2 时段水量列表平衡分析

对选取的样本资料进行时段水量平衡计算(见表2)。从计算结果上分析，流量误差均有规律性，通过对误差值的排序，可以归纳出误差的定量值，见图4。

表2 时段水量平衡分析(2010年6月24～26日) 单位：m3/s

图4 石塘区间水位查流与反推流量对比

对表2中选取的时段(3h)水量平衡资料进行分析。石塘水电站水量平衡所得的区间流量值出现波动或负值的情况均在紧水滩水电站闸门开度调整的节点上，闸门开度加大或开度减小时，泄流量均有较大的变幅，根据流量误差变幅的大小，对应开度泄流绘制变幅图(见图5)，用均差原理确定误差关系(见表3)。

图5 紧水滩闸门操作节点流量误差分析

表3 用均差原理确定的平均误差 单位：m3/s

5 紧水滩水电站双浅孔泄流曲线修正

对紧水滩水电站泄洪期间进行石塘水电站水量平衡计算，得出误差值，使用Microsoft、Office、Excel办公软件强大的图表功能，完成对泄流曲线的修正。以水位为纵坐标、泄洪流量为横坐标绘制不同开度的散点图曲线，再在散点图上添加趋势线，根据实际曲线的趋势选择趋势线(如线性、对数、多项式、乘幂、指数、平行移动等)，一般多项式趋势线拟合较好，阶数可调整(见图6)。利用修正后的曲线数据进行反算，相互校算，其结果基本符合上、下水库出、入库水量平衡。由于紧水滩水电站建库后闸门最大下泄流量没有超过3000m3/s，因此，泄流闸门中孔没有启用，只对浅孔泄流曲线进行修正和率定。

图6 紧水滩水电站(双浅孔)泄流曲线(水位—开度—流量)

6 成果检验

选取紧水滩水电站泄洪期间的时段、日水量平衡进行反算，从计算的逐日水量比较看，误差已经在许可范围内，其结果符合水文计算规范要求，从检验资料分析，紧水滩、石塘水电站出、入库水量是平衡的。

7 结 语

修正后的浅孔泄流曲线在实际应用中起到了较好的作用，消除了紧水滩、石塘梯级水电站在泄洪期间的水量不平衡问题，反推的入库流量准确程度大大提高，确保了水库防洪调度基础资料的准确性，为水库安全度汛奠定了基础。

[1]电力工业部华东勘测设计院.浙江省瓯江紧水滩水电站运行设计补充报告[R]. 1980.

[2]水利电力部华东勘测设计院.瓯江紧水滩水电站运行设计报告[R]. 1987.

[3]水利电力部华东勘测设计院.浙江省瓯江石塘水电站初步设计报告[R]. 1983.

[4]能源部华东勘测设计院.浙江省瓯江石塘水电站运行设计报告[R]. 1989.

[5]SL 250—2000 水文情报预报规范[S].北京：中国水利水电出版社,2000.

[6]李慧珑，郑清. 水文预报与计算[M]. 北京：水利电力出版社, 1982.

UtilizationofIntervalFlowinCorrectingJinshuitanPowerStationSluiceDischargeCurve

CHEN Qi-yuan

(ZhejiangElectricPowerCompanyJinshuitanHydroelectricPlant,Lishui323000,China)

When the sluice of Jinshuitan Power Station is opened for discharge, the calculated Shitang hydropower station interval flow has larger gap from flow calculated by interval controlling station. Daily and hour section flow balance error trends of Jinshuitan Power Station, feeding and discharging flow balance principles of the two hydropower stations are analyzed in the paper. Key causes leading to errors are discovered. Sluice flow curve errors are analyzed to determine the causality between discharge curve error and interval control station flow. Sluice discharge curves are corrected; thereby the corrected sluice discharge curve calculation flow error is in line with requirements in hydrological calculation specifications. Upper and lower reservoir water flow balance calculations are more reasonable to provide more accurate foundation data for flood control dispatching.

gate discharge curve error; balance calculation principles; Shitang interval; Jinshuitan Reservoir

TV222.2

B

1673-8241(2014)3-0018-06