新豐江入庫流量測量誤差分析

歐陽麗

(粵電新豐江發電有限責任公司發電部水調班，廣東河源 517021)

0 前言

新豐江水電站位于廣東省河源市境內、珠江水系東江支流新豐江下游亞婆山峽谷出口處，距河源市約6 km。新豐江流域屬亞熱帶季風氣候區，西北為九連山脈，東南為燈塔盆地，地勢由西北向東南傾斜，流域內水量充沛，主要受鋒面雨和臺風雨影響。降雨特點為雨量多、強度大、汛期長，時程及地區分布不均。汛期分前汛期和后汛期，4—6月份為前汛期，來水占全年來水的48%;7—9月份為后汛期，來水占全年來水的31%;整個汛期來水約占全年來水的80%。壩址以上流域面積5 734 km2，流域多年平均降雨量1 774 mm，多年平均流量190 m3/s，庫容系數107%，屬多年調節水庫。相對其他水庫來水，主要特點是水面面積寬，水位對入庫流量功率反推影響大。流域內主要分布著4條比較大的河流:新豐水，連平水，大席水，船塘水。

1 水量平衡公式

水量平衡的計算公式為:

式中:Q入為入庫流量;Q發為發電流量;Q泄為泄洪流量;Q蒸為蒸發流量;Q供為供水流量;Q滲為滲漏流量;△V為△T時段長的庫容差;△T為時段長。

2 反推入庫流量誤差分析

2.1 蒸發流量

新豐江發電公司經過多年蒸發測量，在30多年的基礎上，分1—12個月制定出新豐江水庫12條水位蒸發流量曲線。然后根據蒸發流量曲線查找蒸發流量。這就導致一個采用平均值代替樣本的誤差。為了研究，我們選取蒸發量大的7月份。新豐江水庫水位在111 m時，7月多年平均日蒸發流量10 m3/s，而最大日蒸發流量20 m3/s，最小日蒸發流量0 m3/s。因此，蒸發流量對入庫日平均流量影響誤差為10 m3/s。在水庫蒸發量大于多年平均值時，計算出來的日平均入庫流量偏少。當水面蒸發量少于多年平均蒸發量時，計算日平均入庫流量偏多。

2.2 庫容差

庫容差是當前水位庫容與前1 d水位庫容之差，其影響因素是水位。由于水庫水面面積大，水位每變動1 mm，反推入庫影響幅度比較大。。而水庫水位與機組運行狀況以及天氣因素——風都有極大關系。下面從這兩方面進行分析論證。水庫水位在各個水位值的影響量見表1。

表1 水庫水位每變動1 mm對小時平均入庫流量的影響

2.2.1 機組運行狀況

機組運行狀況通過發電流量影響入庫流量。通過分析，發電流量與入庫流量相關系數為0.33，為正相關。在反推小時入庫流量時，受開停機影響比較嚴重。從圖1可以看出:在第5小時、第29小時和49小時的時候，流量突然增大。究其原因，是因為第4小時48分停機，第28小時49分停機，第48小時10分機組停機，河流受到大壩的攔截，水流由流動的動能轉化為勢能，從而壅高水位。而又因為新豐江水庫壩上水位采用前40 min的移動平均值，也就是說遙測水位比實際水位值滯后20 min，剛好影響停機時段的小時反推流量。雖然新豐江的水位采用了40 min內采集160次水位，并對其求平均值。但是由于新豐江水庫的水位計安裝的離發電機進水口不足90 m，所以該方法只能消除水庫正常的正弦波動，而不能消除由于機組的關閉而引起的水位壅高。第5、29、49小時停機對小時反推流量影響，流量突然增大，相對停機13時的反推入庫流量，差值達到了600 m3/s，也就是說影響水位變動了9 mm，換算成對日平均流量影響達到了25 m3/s，見圖1。

圖1 新豐江水庫20120618負荷入庫流量關系圖

2.2.2 風速對入庫流量影響分析

由于水庫庫面面積大，116 m時庫面積達到364 km2，而入庫流量相對比較小，在2011年12月份的平均入庫流量才38.4 m3/s。因此，水庫每變動1 mm，影響日平均入庫流量達到2.5～4.5 m3/s(水位和庫容不同影響不同)。為了驗證風速的影響，我們選取2011年12月份(選取原因為本月沒有降雨，且前期也有10 d沒有降雨，所以本月入庫為基流)。

我們選取河源站的氣象資料風速和入庫流量做相關關系分析。發現他們的相關系數為－0.28，也就是說它們是負相關的。

因為新豐江水庫內有數量眾多的小水電，為了剔除小水電對入庫影響，我們選取水庫內兩各控制站入庫流量比較平順階段16－19日，順天和岳城水文站控制流域面積占水庫總流域面積的1/3，可以認為已經排除小水電影響。5日最低風速10 m/s時入庫流量為30 m3/s，而到達 10日最高風速30 m/s時入庫流量為14.3 m/s，流量變動約為15 m3/s。因此我們認為在風速達到30 m/s，通過影響水位影響日平均入庫流量計算達到15 m3/s，見圖2。同時，我們認為風向也是影響因素之一，風向不同，影響不同，見表2。

表2 新豐江2011年12月份入庫流量與風向風速關系

圖2 入庫流量與風速關系圖

2.3 發電流量及泄洪流量

新豐江發電公司經過多年效率試驗，基本上對NHQ曲線進行多次修正，已經比較符合實際，本文不再展開論述。當然，如果能夠采用實測發電流量，那肯定能減少誤差。新豐江水庫為多年調節水庫，泄洪很少，10多年才泄洪1次，資料很少，本文不再展開論述。發電流量及泄洪流量如前面已經論述，因為水位站比較接近壩體，發電流量及泄洪流量通過對水位施加影響從而影響庫容差，進而影響入庫流量，并且，隨著它們的流量的加大，影響隨之加大。

2.4 滲漏損失

由于水庫多年運行后，滲漏已經比較穩定，大約1萬m3，基本可以忽略。

3 結論

通過以上分析，我們認為新豐江反推入庫流量受到了3個方面的影響，結論如下:

1)在當前的入庫流量反推模式下，水面蒸發量與多年平均蒸發量的差值影響到反推日平均入庫流量的偏差，影響值最大為10 m3/s。

2)由于遙測水位太靠近進水口，所以受到開停機或泄洪的影響。對新豐江水庫的小時平均反推入庫流量，在裝機容量范圍內影響值最大為600 m3/s，折算成日平均流量為25 m3/s。在泄洪時，影響值隨著下泄流量不同而不同。

3)風速對入庫流量起到負相關的作用。影響為30 m/s的風速，對入庫影響達到15 m3/s，也就是說可以影響水位5 mm。由于這個是風對寬闊的水面形成一個波降，從而影響對入庫流量的反推。其影響規律為，隨著冷空氣入侵，庫面起風，水位比實際偏低，反推的入庫流量偏小;隨著風速停止后，入庫流量恢復到原來水平。

4 建議

1)在枯水期，風速和小水電對預報入庫流量精度影響很大，建議在刮風時適當調整，風速在30 m/s時，調整入庫流量不超過15 m3/s。

2)在條件允許的情況下，把遙測水位計盡量往上游搬遷以排除開停機或泄洪對水庫水位的影響。

3)在條件允許的情況下安裝遙測蒸發測量裝置。

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