面積比法在徑流水電站水能計(jì)算中的應(yīng)用

寇榮賢 雷玉峰

（周至縣水務(wù)局 陜西 周至 710400）

1 概述

徑流式水電站是一項(xiàng)投資少、見效快、易于實(shí)施的水電項(xiàng)目。但在前期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的水能計(jì)算中，一般做法是將水文站歷年觀測(cè)的日平均流量進(jìn)行分級(jí)，并統(tǒng)計(jì)出出現(xiàn)的天數(shù)，將天數(shù)由大到小進(jìn)行累加，得出大于等于該級(jí)流量的累計(jì)天數(shù)，求出各分級(jí)流量的保證率和持續(xù)時(shí)間，再由出力系數(shù)A和分級(jí)流量Q求出出力和出力差值，電能差值和累計(jì)電能，然后以流量、出力為縱坐標(biāo)，以保證率、年發(fā)電量、年利用小時(shí)數(shù)為橫坐標(biāo)繪出日平均流量—保證率，出力—保證率，出力—年發(fā)電量，出力—年利用小時(shí)數(shù)曲線，通過(guò)曲線，得到所求的保證出力，裝機(jī)容量，年發(fā)電量，年利用小時(shí)數(shù)。這種計(jì)算方法工作量大、相對(duì)麻煩，不能很快拿出計(jì)算成果供項(xiàng)目方案選定。面積比法對(duì)通常的水能計(jì)算方法進(jìn)行了分析探索，通過(guò)利用不同日平均流量對(duì)應(yīng)的保證率，年利用小時(shí)數(shù)，可以很方便地進(jìn)行水能計(jì)算，從而達(dá)到快速、簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確的效果，為工作提供便利。

2 水能計(jì)算的面積比法

2.1 面積比法的基本原理

在水能計(jì)算中，出力系數(shù)A和設(shè)計(jì)水頭H只按一定的配比系數(shù)影響出力和發(fā)電量，而年利用小時(shí)數(shù)則不受其影響，影響年利用小時(shí)數(shù)的因素只有日平均流量與保證率曲線的形狀。這個(gè)形狀與日平均流量和保證率有關(guān)，對(duì)于一個(gè)水文站歷年觀測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)是確定的，那么，不同的日平均流量對(duì)應(yīng)的保證率就確定了，所對(duì)應(yīng)的年利用小時(shí)數(shù)也就確定了。因此，只要求出每個(gè)流量所對(duì)應(yīng)的年利用小時(shí)數(shù)，就可以很方便的求出出力、裝機(jī)容量、年發(fā)電量等。

2.2 面積比法的計(jì)算方法

2.2.1 面積比法的基本思路

根據(jù)水能計(jì)算的基本方法，出力欄的計(jì)算只不過(guò)是在分級(jí)流量數(shù)值前擴(kuò)大了A×H倍數(shù)，發(fā)電量的計(jì)算考慮了流量歷時(shí)。因此，在水能計(jì)算中，首先從分級(jí)流量和保證率出發(fā)，分析不同日平均流量下的保證率和年利用小時(shí)數(shù)，從而求出其他參數(shù)，使水能計(jì)算得到簡(jiǎn)化。

2.2.2 面積比法的計(jì)算方法

根據(jù)水文站歷年觀測(cè)的日平均流量資料，進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)，求出各分級(jí)流量的保證率。以分級(jí)流量為縱坐標(biāo)，相應(yīng)的保證率為橫坐標(biāo)，繪出日平均流量保證率曲線。在保證率曲線中，縱坐標(biāo)某個(gè)流量值與縱橫坐標(biāo)軸，保證率曲線圍成的面積就是可發(fā)電的流量所占的面積（見圖1），該流量值在曲線以外的面積是不能發(fā)電的空閑面積（見圖1），發(fā)電流量所占的面積與空閑面積之和為總面積。總面積也等于100%×Qi。發(fā)電流量所占的面積與總面積之比既是發(fā)電歷時(shí)所占總歷時(shí)的比例，用此比例乘以一年的小時(shí)數(shù)8760h，即為該流量發(fā)電時(shí)的年利用小時(shí)數(shù)。

2.2.3 相似流域的面積比法計(jì)算

規(guī)劃設(shè)計(jì)的水電站，不一定都在水文站附近，或者在水文站上游，或者在水文站下游，或者和水文站不在同一個(gè)流域。這時(shí)，如果流域相似，可按照水文面積比擬法求出規(guī)劃設(shè)計(jì)電站的日平均流量歷時(shí)曲線，而面積比擬法求得的歷時(shí)曲線與原曲線屬相似形，形狀不變，可發(fā)電流量面積占總面積的比例不變，年利用小時(shí)數(shù)不變。因此，相似流域的水電站年利用小時(shí)數(shù)仍按面積比法計(jì)算。

表1 向家坪水文站1956年～1985年日平均流量分級(jí)統(tǒng)計(jì)表

表2 向家坪水文站分級(jí)流量年利用小時(shí)數(shù)計(jì)算表

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 基本概況

鐘家坪水電站位于旬陽(yáng)縣旬河干流，距上游向家坪水文站2km，壩址控制流域面積6237km2，設(shè)計(jì)水頭14.6m，綜合出力系數(shù)7.7，設(shè)計(jì)保證率80%，年利用小時(shí)數(shù)大于5000h。

3.2 基本資料

鐘家坪水電站上游的向家坪水文站，控制流域面積6073km2，多年平均流量67.7m3/s。根據(jù)多年觀測(cè)的日平均流量資料，進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果見表1。由表中數(shù)據(jù)，繪出流量—保證率曲線（見圖1）。

3.3 年利用小時(shí)數(shù)計(jì)算

根據(jù)向家坪水文站的統(tǒng)計(jì)資料，列表計(jì)算分級(jí)流量所對(duì)應(yīng)的年利用小時(shí)數(shù)，其結(jié)果流量之差Qi-Qi-1乘以保證率平均值；

（4）欄為累計(jì)流量面積，等于（3）欄累計(jì)∑（3）i；

（5）欄為總面積，是該分級(jí)流量布滿全部空間時(shí)所占面積，包括流量面積和空閑面積之和，等于Qi×100%；

（6）欄為流量面積占總面積的比例，等于（4）/（5）；

（7）欄為分級(jí)流量對(duì)應(yīng)的年利用小時(shí)數(shù)，等于（6）×8760h。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪出流量—年利用小時(shí)數(shù)曲線（見圖2）。

3.4 水能計(jì)算

根據(jù)向家坪水文站和鐘家坪水電站控制流域面積，求出面積比K，然后對(duì)流量進(jìn)行修正。見表2。

其中：（1）欄為分級(jí)流量 Qi；

（2）欄為分級(jí)流量對(duì)應(yīng)的保證率Pi；

（3）欄為分級(jí)流量所占面積，等于兩分級(jí)

3.4.1 求P=80%時(shí)的保證出力

由向家坪水文站的Q—P關(guān)系曲線，查P=80%時(shí)的保證流量為Q向保=17.4m3/s，則鐘家坪水電站的保證流量，保證出力分別為：

3.4.2 求裝機(jī)容量和發(fā)電量

（1）按3倍保證出力裝機(jī)

從圖2中查Q向設(shè)=52.2m3/s時(shí)的年利用小時(shí)數(shù)為h=5320h。則鐘家坪水電站裝機(jī)容量，多年平均發(fā)電量分別為：

（2）按年利用小時(shí)不低于5000h裝機(jī)

從圖2中查年利用小時(shí)等于5000h對(duì)應(yīng)的流量Q向設(shè)=60.5m3/s，則Q鐘設(shè)=KQ向設(shè)=1.027×60.5=62.1m3/s，裝機(jī)容量，多年平均發(fā)電量為：

4 結(jié)語(yǔ)

本文采用面積比法對(duì)鐘家坪水電站進(jìn)行了水能計(jì)算。經(jīng)分析，認(rèn)為此方法計(jì)算簡(jiǎn)捷、方便，計(jì)算成果準(zhǔn)確，可以加以推廣應(yīng)用。特別是在同流域或相似流域不同水電項(xiàng)目的方案選訂上，能使計(jì)算更加便利，為水電站的水能計(jì)算開辟新的計(jì)算途徑。陜西水利