中外水电工程规划设计标准对比分析

毕小剑

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安 710065）

1 项目概况

德尔西水电站位于南美洲厄瓜多尔萨莫拉·钦奇佩省境内的萨莫拉河上，坝址控制流域面积1 112 km2，多年平均流量44.6 m3/s。工程开发任务为发电。

德尔西水电站主要建筑物由首部枢纽、左岸引水系统、发电厂房及其附属设施组成。水库正常蓄水位1 481 m，死水位1 473.6 m，调节库容27万m3，为径流引水式电站；电站装机容量115.332 MW，2台机，电站额定引用流量为24.625 m3/s。

2 主要依据

1）国际标准。美国陆军工程兵团工程手册EM 1110-2-1701工程与设计水电。

3 中外标准对比分析

水电工程规划设计的主要任务是确定水电站的各项特征值，包括特征水位、装机容量、机组机型、引水道尺寸等，在此基础上，计算电站的发电量，并对工程效益进行分析，为投资者决策提供依据。

德尔西水电站为EPC项目，特征水位、装机容量等动能参数在总承包合同中都已经明确，基本设计阶段主要是对发电量及额定水头进行复核。德尔西为高水头电站，可研报告选择的设计水头基本合适，文中主要考虑分别采用国际和中国标准复核发电量，并对比分析设计成果的主要差异及对工程的影响。

3.1 基本资料

1）径流。水文设计中，根据Zamora DJ San Francisco站和Zamora DJ Sabanilla站1964至1994年径流资料，计算得出德尔西坝址多年平均流量为44.6 m3/s。

2）库容。德尔西水库正常蓄水位1 481 m，相应库容为42万m3；死水位1 473.6 m，相应库容为15万m3；调节库容为27万m3。

3）厂址水位流量关系曲线。厂址处水位流量关系计算公式为：

4）水头损失。水头损失计算公式为：

5）生态流量。德尔西水电站采用引水式开发。根据环保要求，坝址～厂址之间的减水段需泄放一定的生态流量，根据环保要求，生态流量为3.0 m3/s。

二是严格水资源论证制度，对不符合国家产业政策和水资源管理要求的建设项目，其水资源论证报告书一律不予批准。

6）出力系数。德尔西采用混流式水轮发电机组，其中，水轮机额定点效率93%，发电机额定点效率99%。不同频率流量对应的水轮机效率见表1。

表1 水轮机效率表

3.2 径流调节计算的原则、方法

出力计算公式为：N=KQH。式中N——为逐日平均出力；K——为综合出力系数；Q——为坝址处入库流量扣除生态用水后的逐日可发电流量；H——为发电净水头（上游水位-下游水位-水头损失）。

1）国际标准。美国陆军工程兵团是世界最大的公共工程、设计和建筑管理机构，其水电工程标准体系在水电工程勘察、设计、施工等各方面研究、开发和应用上均处于世界领先水平，在世界范围的水电工程建设中得以广泛应用[1]。

根据美国陆军工程兵团的工程手册EM 1110-2-1701，有关水电站发电量计算及计算方法选择的相关内容如下[2]：

①水电站电量计算共有3种方法，第1种为非时序法或流量频率曲线方法，第2种为时历法，第3种为混合法，即前两种基本方法的结合。

②总体来说，在项目初步研究或筛选阶段，大部分项目均可以采用流量频率曲线计算方法，但需注意库容或水头变化对电量的影响。

对于典型的径流式电站，当水头为固定的（高水头电站）或水头随流量变化（低水头电站）的项目，流量频率曲线计算方法是最佳选择；当水头变化独立于流量时，应当采用混合法；时历法也可以采用，但对于单个径流式项目来说一般不采用，因为逐日流量的计算需要花费较长时间。

德尔西调节库容仅27万m3，调节能力十分有限。可研报告中采用的是流量频率曲线方法，径流资料为1年的逐日流量，该年为平水年，平水年选择原文定义为：一年中有55%的天数降雨量大于2.2 mm，根据可研报告中的径流资料，经计算，平水年的年平均流量为44.0 m3/s，与保证率50%年份的年平均流量基本相当。

2）国内标准。根据DL/T 5105-1999《水电工程水利计算规范》，有关水利计算的原文如下[3]：

6.0.3径流调节计算应采用时历法。

6.0.4径流调节的计算时段应根据水库的调节性能、河流水文特性及水电站的水头变化情况选择……对日、周调节或无调节的水电站，宜以日为计算单位。

6.0.7水电站多年平均年发电量应采用长系列或代表系列计算年发电量的平均值……当资料条件不具备时，可采用代表年计算，代表年应包括丰、平、枯典型年。

德尔西库容较小，为径流式电站。根据国内规范，德尔西电站径流调节计算采用代表年法。经水文分析计算，得出坝址10%、25%、50%、75%和90%保证率的径流设计代表年逐日平均流量过程。五个代表年的年平均流量为44.6 m3/s，与坝址多年平均流量一致，代表年的选择是合适的。

3.3 计算结果及对比分析

德尔西坝址控制流域面积1 112 km2，坝址多年平均流量44.6 m3/s。电站正常蓄水位1 481 m，死水位1 473.6 m，调节库容27万m3，为径流引水式电站。装机容量115.332 MW，2台机，为混流式水轮机，电站引用流量24.625 m3/s。

可研报告中，德尔西采用流量频率曲线法进行发电量计算，径流采用平水年逐日流量过程，经径流调节计算，电站年发电量为9.04亿kW·h。

这次按照中国标准采用代表年法对发电量进行复核，复核采用的基本参数（包括特征水位、装机容量、机组机型、厂址水位流量关系、水头损失、水轮机效率等）均与可研报告一致，区别仅在于径流资料系列不同，复核采用的是坝址10%、25%、50%、75%和90%保证率共五个代表年的逐日平均流量过程。经径流调节计算，电站多年平均年发电量为9.10亿kW·h，比可研报告大约0.67%，差别非常小。

采用中、外标准计算结果见表2。

4 结论

4.1 径流调节计算方法的差异

从国际标准和中国标准对比来看，径流调节计算的原则和方法是基本相同的。实际中具体采用何种计算方法需要根据电站特性、所处的研究阶段及资料情况来进行选择。德尔西库容较小，为径流式电站，可研报告中德尔西采用的是流量频率曲线法，按中国标准需要采用代表年法，经过分析计算，两种方法计算出的发电量仅相差0.67%，差别非常小。

表2 中外标准计算结果对比表

从计算结果精度考虑，代表年法要优于流量频率曲线法。

4.2 基本资料的差异

1）日调节时的上游运行水位。可研报告中，径流调节计算采用的上游平均水位为1478.5m，全年均采用此值。国内一般情况为：汛期上游水位取正常蓄水位；枯水期按日调节考虑，上游水位为正常蓄水位与死水位的平均水位，经过对比分析，国内计算采用的年平均上游水位会略高于国外。

电站承担不同的综合利用任务，则电站的运行方式不同，上游水位也会有所不同。径流调节计算中最终采用的上游水位应结合电站实际情况来确定。

2）综合出力系数。可研报告中，径流调节计算中采用的出力系数是根据不同流量时对应的水轮机效率来进行计算的。国内，在前期设计阶段，由于缺乏机组运转特性曲线，一般采用综合出力系数，即参考国内类似项目的经验，综合出力系数一般比机组额定点出力系数（K=9.81×ηt×ηa）低0.3～0.5考虑；到了施工详图阶段，再根据厂家提供的机组运转特性曲线来进一步复核相关指标。经过对比分析，国内采用综合出力系数计算出的电量，会略低于国外按实际效率计算出的结果。