桐城抽水蓄能電站徑流分析與計(jì)算

鄧歡歡，張一鳴，袁 鷹

（廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635）

0 前言

桐城抽水蓄能電站位于安徽省桐城市境內(nèi)掛車河上游支流南沖河上，地處大別山區(qū)，屬長江流域。電站主要由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、開關(guān)站、業(yè)主營地、倉庫及連接公路等組成，推薦電站裝機(jī)總規(guī)模1280 MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量21.44 億kW·h。桐城抽水蓄能電站為純抽水蓄能電站，建成后將承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等任務(wù)。為確保工程建設(shè)的科學(xué)性，需對(duì)水庫徑流進(jìn)行分析計(jì)算。

1 水文測站布設(shè)情況

桐城抽水蓄能電站上、下水庫流域內(nèi)無實(shí)測水文資料。下水庫壩址下游約3.9 km 處建有牯牛背水庫，水庫設(shè)有大塘、唐灣、黃鋪、牯牛背水庫站共4 個(gè)專用站。鄰近青草塥河上設(shè)有沙河埠（二）水文站，皖水上設(shè)有岳西水文站，均為省級(jí)水文站。流域周邊雨量站有唐家灣、后沖、來榜。工程所在流域及周邊測站資料基本情況見表1。

牯牛背水庫集水面積125 km2，牯牛背水庫站1975 開始觀測，大塘、唐灣、黃鋪三站觀測始于1986 年，截止2012 年除牯牛背水庫站，各雨量站均已經(jīng)停測。

沙河埠水文站位于潛山縣雙峰鄉(xiāng)金塥村，控制流域面積460 km2。1954 年4 月由安徽省水利廳設(shè)立為水位站，初始位置在釣魚寺，1967 年1 月改為水文站，測驗(yàn)斷面遷至原基本斷面上游約1000 m 處，改名為沙河埠（二）站，觀測至今。測驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、泥沙、降水量。

岳西水文站位于皖水上游干流岳西縣天堂鎮(zhèn)，控制流域面積137 km2。1953 年5 月由安徽省水利電力廳設(shè)立為水位站，1954 年1 月改為水文站觀測至今，測驗(yàn)項(xiàng)目有降水量、水位、流量等。

表1 工程鄰近流域測站基本資料一覽表

2 參證站選取

現(xiàn)有測量站點(diǎn)中牯牛背水庫距離工程最近，但實(shí)測資料沒有通過水文局的統(tǒng)一整編，流域內(nèi)雨量站均發(fā)生過因測量儀器損壞廢棄而斷測、停測情況，實(shí)測多年平均年降雨量較周邊國家標(biāo)準(zhǔn)雨量站和等值線圖成果明顯偏??；入庫水量資料受工程測量記錄方法和人為因素影響較大，部分月份出現(xiàn)負(fù)值，錯(cuò)誤明顯且無法校正。因此牯牛背水庫資料可靠性不強(qiáng)，不作為本文徑流計(jì)算的依據(jù)。

鄰近流域岳西水文站、沙河埠（二）水文站觀測項(xiàng)目齊全，測驗(yàn)規(guī)范，所有測驗(yàn)、觀測及數(shù)據(jù)整編復(fù)核國家行業(yè)技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)和要求，經(jīng)復(fù)核水文數(shù)據(jù)無明顯錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)成果可靠。兩站上游均無大的蓄水工程，徑流系列均包括完整的豐、平、枯周期，均值和離勢系數(shù)分別在系列大于等于28 年和41 年后趨向穩(wěn)定，系列一致性、代表性較好，可作為本文徑流計(jì)算的參證站。

3 徑流分析與計(jì)算

工程所在區(qū)域地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，徑流主要來自降水。6 月份進(jìn)入梅雨季節(jié)，陰雨連綿，同時(shí)受南北冷暖氣流交鋒的影響，降雨集中。七月中旬進(jìn)入盛夏后，受太平洋副熱帶高壓控制，少量從沿海登陸的臺(tái)風(fēng)影響到本流域，形成大暴雨。流域徑流年內(nèi)分配不均勻，主要集中在5 月～9 月，占全年的70%以上。最豐月7 月，占全年的20%以上，最枯月1 月，僅占全年的2.0%。年徑流深在800 mm 左右。

3.1 水文比擬法

岳西水文站距離桐城抽水蓄能電站所在流域直線距離約40 km，兩個(gè)流域的地形、地貌、植被等自然條件和氣候條件基本一致。以岳西水文站為參證站，考慮面積與月面雨量修正，計(jì)算電站上、下水庫徑流系列，公式如下：

式中：Q設(shè)、Q參分別是設(shè)計(jì)、參證流域月平均流量，m3/s；F設(shè)、F參分別是設(shè)計(jì)、參證流域集雨面積，km2；P設(shè)、P參分別是設(shè)計(jì)、參證流域月降水量，mm。

將來榜和岳西降雨量算術(shù)平均得到岳西水文站控制集雨范圍面雨量為1488.7 mm，桐城抽水蓄能電站上、下水庫設(shè)計(jì)流域面雨量采用流域周邊的唐家灣站降雨，多年平均降雨量1369.4 mm。經(jīng)計(jì)算，電站上、下水庫多年平均年徑流徑流深為800.2 mm，徑流系數(shù)均為0.58。多年平均流量分別為0.024 m3/s和0.413 m3/s，多年平均年徑流量分別為74.73萬m3和1303.14萬m3。

3.2 降雨推徑流法

沙河埠(二)站與設(shè)計(jì)流域同屬于菜子湖流域，降雨徑流特性一致，利用沙河埠(二)站降雨徑流關(guān)系推求工程所在流域徑流。如圖 1 建立沙河埠(二)站 1967 年 5 月至 2015 年 4 月 47 年降雨徑流關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.82。

圖1 沙河埠（二）站年降雨徑流關(guān)系圖

根據(jù)唐家灣站逐年平均降雨量和沙河埠（二）站降雨徑流關(guān)系計(jì)算設(shè)計(jì)流域年徑流深，并按降雨比例分配到各月。經(jīng)計(jì)算，電站上、下水庫多年平均年徑流徑流深為798.0 mm，徑流系數(shù)為0.58。多年平均流量分別為0.024 m3/s 和0.412 m3/s，多年平均年徑流量分別為74.54 萬m3和1299.68 萬m3。

3.3 等值線圖法

查《安徽省天然徑流深等值線圖（1956～2000 年同步系列）》和《安徽省多年平均徑流系數(shù)等值線圖》，桐城抽水蓄能電站所在流域多年平均降雨量1350 mm，多年平均年徑流深800 mm，徑流系數(shù)0.57，則上、下水庫年徑流量分別為74.72 萬m3和1302.88 萬m3。由于等值線是根據(jù)1984 年以前各站實(shí)測徑流分析綜合分析繪制的，至今已經(jīng)過去30 多年，必須進(jìn)行修正。本次以岳西水文站實(shí)測長短系列成果進(jìn)行修正，短系列（1958 年～1984 年）27 年多年平均徑流量為 1 1491.6 萬 m3，長系列（1958年～2015 年）58 年多年平均徑流量為11535.1 萬m3，長短系列比例1.004，從而得到1967 年～2015 年桐城抽水蓄能電站上、下水庫多年平均徑流量分別為75.02 萬m3和1308.09 萬m3。

3.4 成果采用及合理性分析

本文采用水文比擬法、降雨推徑流法和等值線圖法三種方法對(duì)桐城抽水蓄能電站所在流域徑流進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果十分接近，取三種方法的平均值得到電站上、下水庫多年平均徑流量分別為 74.76 萬 m3和 1303.64 萬 m3。

用流域降水量分析對(duì)比徑流成果：桐城抽水蓄能電站壩址多年平均降雨量為1369.4 mm，變差系數(shù)CV=0.19，多年平均徑流深為800.5 mm，變差系數(shù)CV=0.37。多年平均降雨量大于多年平均徑流深，年降雨量CV值小于年徑流CV值，徑流系數(shù)0.58，與周邊站點(diǎn)及等值線圖成果接近。

與鄰近流域測站實(shí)測成果對(duì)比：選取地理位置相近，地形地貌相似的測站徑流成果見表2，與鄰近流域測站年徑流模數(shù)比較，桐城抽水蓄能電站以西來榜(二)、岳西較大，沙河埠(二)、牯牛背水庫略小，桐城抽水蓄能電站上、下庫介于其間，年徑流模數(shù)與年降水量相應(yīng)，與等值線圖變化相一致，符合地區(qū)分布規(guī)律。

表2 桐城抽水蓄能電站鄰近測站年徑流特征值比較表

綜合以上分析，桐城抽水蓄能電站上、下水庫多年平均年徑流深800.5 mm，徑流量分別為74.76 萬m3和1303.64 萬m3，計(jì)算成果合理。

4 結(jié)語

桐城抽水蓄能電站所在南沖河流域無實(shí)測流量資料，根據(jù)牯牛背水庫、周邊鄰近岳西水文站和沙河埠（二）站資料的“三性”分析成果，確定岳西水文站和沙河埠（二）站為徑流計(jì)算參證站，保證了工程建設(shè)的科學(xué)性和合理性。

采用水文比擬法、降雨推徑流法、等值線圖法三種進(jìn)行工程上、下水庫徑流分析推求，推求結(jié)果相互對(duì)比校核，并與流域降水量及鄰近流域測站實(shí)測徑流成果進(jìn)行對(duì)比分析，說明了成果的合理性。

本文確定的參證站科學(xué)合理，計(jì)算方法切實(shí)可行，為桐城抽水蓄能電站來水蓄水及調(diào)度運(yùn)行等提供技術(shù)依據(jù)，也為類似工程建設(shè)提供參考借鑒。經(jīng)計(jì)算，桐城抽水蓄能電站站址徑流深為800.5 mm，上、下水庫多年平均流量分別為74.76 萬m3和1303.64 萬 m3。