電站發(fā)電調(diào)度對(duì)下游水位流量關(guān)系的影響分析

摘 要：電站下閘蓄水后，電站下泄流量完全受電站發(fā)電調(diào)度控制。文章以老撾南歐江二級(jí)水電站為例，通過實(shí)測(cè)資料佐證，深入簡(jiǎn)出地分析了電站發(fā)電調(diào)度對(duì)下游水文站的水位流量關(guān)系的影響。

關(guān)鍵詞：發(fā)電調(diào)度；水位流量關(guān)系；水面比降

1 項(xiàng)目背景

1.1 電站概況

南歐江（Nam Ou）是湄公河左岸老撾境內(nèi)較大支流，發(fā)源于中國云南省江城縣與老撾豐沙里省接壤的邊境山脈一帶，在B.Pak-ou匯入湄公河，全河流域面積25634km2，河長(zhǎng)475km。

南歐江二級(jí)水電站位于老撾中北部瑯勃拉邦省境內(nèi)南歐江下游河段上，為南歐江干流七級(jí)開發(fā)方案的第二級(jí)（自下而上）。壩址控制徑流面積2.22萬km2，多年平均流量513m3/s。電站正常蓄水位325m，相應(yīng)庫容1.217億m3，死水位323m，死庫容0.963億m3，調(diào)節(jié)庫容0.254億m3，具有日調(diào)節(jié)性能。水庫校核洪水位327.01m（P=0.1%），總庫容1.62億m3。電站裝機(jī)容量120MW。

南歐江二級(jí)水電站泄洪沖沙建筑物位于河床左岸，由5孔15m×20m（寬×高）泄洪沖沙閘和2孔15m×20m（寬×高）泄洪閘組成。電站廠房布置在主河床偏右側(cè)部位，為河床式廠房。

2012年10月南歐江二級(jí)水電站主體工程開工建設(shè)，2013年12月實(shí)現(xiàn)大江截流，2015年10月18日下閘蓄水，2015年11月29日首機(jī)發(fā)電，計(jì)劃2016年10月工程完工。

1.2 電站樞紐區(qū)水文測(cè)站布置

南歐江二級(jí)電站樞紐區(qū)主要設(shè)置了壩前水位站、尾水水位站2個(gè)遙測(cè)水位站及出庫水文站1個(gè)遙測(cè)水文站。

其中壩前水位站位于大壩上游廠房進(jìn)水口處，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壩前水位；尾水水位站位于大壩下游廠房尾水出口處，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廠房尾水位；出庫站位于壩址下游約5.4km處，開展電站出庫流量的測(cè)驗(yàn)。

2 提出問題

2016年6月3日8：00南歐江二級(jí)水電站泄洪閘閘門保持全關(guān)，發(fā)電負(fù)荷從10MW調(diào)整為60MW。表1摘錄了2016年6月3日7：00～20：00南歐江二級(jí)水電站各斷面水位及出庫流量過程，表中發(fā)電流量采用機(jī)組出力曲線查算，出庫水文站流量采用出庫水文站天然水位流量關(guān)系曲線查算。根據(jù)該時(shí)段各斷面水位數(shù)據(jù)繪制水位過程線，并標(biāo)注負(fù)荷調(diào)整后下游各斷面水位趨于穩(wěn)定的時(shí)間，見圖1。

從表1及圖1不難發(fā)現(xiàn)，電站負(fù)荷增加后，由于壩上水位變化較小，發(fā)電流量增大后變化較小，而按出庫水文站天然水位流量關(guān)系推算的出庫流量漲水滯后明顯，變化緩慢，持續(xù)了近七個(gè)半小時(shí)后才趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定流時(shí)推算的出庫流量接近發(fā)電流量。此時(shí)，倘若還按照出庫水文站水位流量關(guān)系推算出庫流量，將出現(xiàn)明顯誤差。

3 分析問題

穩(wěn)定的水位流量關(guān)系應(yīng)是同一水位只有一個(gè)相應(yīng)流量，其關(guān)系呈單一曲線并應(yīng)滿足曼寧公式：

式中：Q-流量，m3/s；A-斷面面積，m2；V-斷面平均流速，m/s；n-河床糙率；R-水力半徑，m；s-水面比降。

由曼寧公式可知，在斷面不變的情況下，同一水位只對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)流量的前提是同一水位只對(duì)應(yīng)一個(gè)水面比降?，F(xiàn)在對(duì)出庫水文站水面比降進(jìn)行分析，由于斷面的水面比降不便于求解，出庫水文站測(cè)驗(yàn)斷面水面比降以尾水站至出庫水文站河段平均比降代替。即：

式中：S-水面比降，‰；△Z-河段水位落差，m；L-河道長(zhǎng)度，km。

求解的出庫水文站水面比降過程見圖2。

從圖2分析可知：當(dāng)電站負(fù)荷增加后，水面比降驟然增大，遠(yuǎn)大于穩(wěn)定流時(shí)水位對(duì)應(yīng)的水面比降，水面比降隨時(shí)間逐步減小，收斂至穩(wěn)定流時(shí)水位對(duì)應(yīng)的水面比降。所以，負(fù)荷增大后一段時(shí)間內(nèi)，實(shí)際水面比降大于穩(wěn)定流時(shí)的水面比降，且時(shí)間越接近，兩者差距越大。若此時(shí)仍然使用天然情況下的水位流量關(guān)系計(jì)算出庫流量，由于沒有考慮附加比降影響，正如表1數(shù)據(jù)顯示，推算流量勢(shì)必偏小。

不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系的影響因素很多，其中洪水漲落也會(huì)影響斷面水位流量關(guān)系，受洪水漲落影響時(shí)，由于洪水波產(chǎn)生附加比降的影響，使洪水過程的流速與同水位下穩(wěn)定流時(shí)的流速相比，漲水時(shí)流速增大，流量也增大；落水時(shí)則相反。

4 解決方案

經(jīng)過分析，電站發(fā)電調(diào)度調(diào)整后一段時(shí)間內(nèi)，由于洪水漲落產(chǎn)生的附加比降影響，下游水文站水位流量關(guān)系極不穩(wěn)定。為了正確、真實(shí)求解電站出庫流量，有以下兩種解決方案：

（1）從圖1分析可知，電站出庫流量增加后，尾水站由于緊鄰壩址，受附加比降影響時(shí)間較短，可以考慮采用穩(wěn)定流時(shí)的尾水站水位～相應(yīng)流量關(guān)系推算出庫流量，該方案盡管在電站發(fā)電調(diào)度調(diào)整后也有一段時(shí)間內(nèi)推算的流量失真，但時(shí)段較短，影響相對(duì)較小。

（2）電站投運(yùn)后，發(fā)電機(jī)組過水產(chǎn)生的發(fā)電流量或永久泄洪建筑物泄洪產(chǎn)生的棄水流量規(guī)律性較強(qiáng)，發(fā)電流量可通過機(jī)組的出力曲線（NHQ）求解，棄水流量可通水力學(xué)閘孔出流（或堰頂過流）公示求解。用下游出庫水文站穩(wěn)定流時(shí)的流量復(fù)核機(jī)組出力曲線及泄流建筑物泄流曲線，然后直接用發(fā)電流量加棄水流量計(jì)算電站出庫流量。該方案不存在滯時(shí)問題，但復(fù)核機(jī)組出力曲線及泄流建筑物泄流曲線需要較多不同工況下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

河床沖淤、變動(dòng)回水、洪水漲落、水生植物、結(jié)冰等因素都會(huì)影響水位流量測(cè)點(diǎn)分布，穩(wěn)定的水位流量關(guān)系需要較為苛刻的前提條件，理論情況下，天然河道不存在單一的水位流量關(guān)系。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，水文站在有較好的河槽控制、斷面控制條件下，各影響要素變化較小或部分可相互抵消，水位流量點(diǎn)子偏離在允許誤差范圍內(nèi)仍可認(rèn)為滿足單一定線要求。電站投產(chǎn)發(fā)電后，出庫流量受電站發(fā)電調(diào)度影響，有驟變性，漲落幅度大，附加比降影響不可忽略，此時(shí)若繼續(xù)貿(mào)然使用下游水文站天然情況下的水位流量關(guān)系推算出庫流量，勢(shì)必產(chǎn)生錯(cuò)誤，需加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析，制定合理應(yīng)對(duì)措施。

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