淺析沙灣水電站入庫流量的監測方法

謝 琰， 付 玉， 王永青

(四川圣達水電開發有限公司，四川樂山 614900)

1 概述

沙灣水電站位于四川省樂山市沙灣區葫蘆鎮，為大渡河干流下游梯級開發中的第一級，距上游已建的銅街子水電站11．5km。電站采用一級混合式(河床式廠房加長尾水渠)開發。電站以發電為主，兼顧灌溉，總裝機容量為480MW(4×120MW)，屬國家大(二)型規模電站。電站正常蓄水位高程432m，總庫容4867萬m3，正常蓄水位以下庫容4554萬m3，額定水頭24．5m，設計引用流量 2203．2m3/s。

沙灣水電站目前無水情自動測報系統，電站入庫流量目前僅依靠國電大渡河公司在公網建立的一個專用網頁提供水情數據，主要有毛頭碼、沙坪、巖潤、紅旗四個水文站的流量和雨量小時數據，以及銅街子水電站小時出入庫流量、銅街子水電站小時上下游水位等水情數據。通過網頁上毛頭碼、沙坪、巖潤、紅旗四個水文站的流量和雨量數據可以分析流域水文情勢，基本上可以滿足電站短期和中期水文預報工作。但要做好沙灣水電站日常水庫調度工作，在銅街子水電站運行調節作用影響下，通過現有的水情資料難度較大。沙灣水電站距上游銅街子水電站僅11．5km，庫尾緊接銅街子水電站尾水出口，銅街子水電站出流即已入庫，而網頁上的水情數據是經過銅街子水電站水調人員在完成相應的計算后15min左右才將水情信息上傳至專用網站上，收到水情數據時間相對滯后，而且只能得到整點數據，因此不能反應實時信息，而且通過公共網絡本身的可靠性就不高。在日常運行中，銅街子水電站為經常承擔四川電網調峰調頻的電站，小時內流量變幅大、變化頻繁，因此，監測銅街子水電站實時下泄流量對于沙灣水電站水庫運行意義深遠。銅街子水電站多年實際運行情況表明，銅街子水電站尾水斷面穩定可靠，能很好地反映流量特征。若以銅街子水電站尾水斷面作為控制斷面，建立水位流量關系，繪制水位流量關系曲線，引入銅街子水電站尾水水位并將其接入沙灣水電站水情信息系統，就可以通過已有的水務計算軟件進行計算而得出入庫流量，從而實現沙灣水電站入庫流量實時監測的目的。而且通過這種方法對入庫流量進行監測的可靠性、安全性高，能夠很好地滿足沙灣水電站日常水庫調度和防汛調度等工作的需要。

2 銅街子水電站尾水斷面水位流量關系曲線的建立

2．1 資料收集

筆者對沙灣水電站運行五年來所收集到的銅街子水電站提供的每日小時尾水水位及其對應的下泄流量點群進行了分析整理，用2010年的分析資料繪制了銅街子水電站尾水斷面水位流量關系曲線，用2011年的整理資料進行校核。現對2010年的整理資料進行分析統計，將銅街子水電站尾水水位按從小到大的順序排列，找出與之相對應的流量值，選取0．1m為節點節距，篩選后得出的尾水水位-流量統計成果見表1。

2．2 水位流量關系曲線的繪制

表1 銅街子水電站尾水水位-流量數據統計表

按照表1中銅街子水電站水位-流量數據統計表中的數據點繪制的水位流量關系曲線見圖1。由于不是專門用于布設水位測站，其流速、斷面面積等無法測定，曲線的修正很難完成，故將曲線簡化為單一的曲線，以初始曲線作為成果曲線，然后用2012年的數據統計資料對曲線進行校核。

圖1 銅街子水電站尾水水位-流量關系曲線圖

2．3 利用曲線推求流量

根據所繪制的水位-流量關系曲線中的銅街子水電站尾水水位-流量關系曲線推求不同水位下的流量成果，選取0．1m為節點間距曲線流率成果見表2。根據表2可查算不同尾水水位下的流量值。

表2 銅街子水電站尾水流量關系曲線流率表(節點間距為0．1m)

2．4 水位-流量關系曲線的校驗

通過利用2009年整理資料作為樣本資料，從中每個月在高程432～438m以節點間距0．1m分別抽取5個值(遇到尾水水位在節點值提取數據點不夠時，選取節點值±0．01m的數據點代替選取節點值)進行與得出的關系曲線成果進行分析校驗。在銅街子水電站機組泄流下尾水水位在高程435．5m以下水位關系曲線擬合較好，曲線誤差很小，能夠滿足沙灣水電站水庫調度工作對資料的要求;在銅街子水電站機組和閘門同時泄流的情況下，尾水水位在高程435．5～436．5m時波動較大。這是由于銅街子水電站尾水水位監測點設在機組尾水出水口處，當閘門參與泄流時，由于閘門與機組尾水出水口之間有一段導流墻，閘門泄流量約在800m3/s以下時，尾水增幅不是很明顯，所以此時的流量差距頻繁時曲線誤差較大;當尾水水位在高程436．5m以上時銅站泄洪閘門與機組同時泄流，這時閘門的泄流量較大，尾水流量關系較好;當水位在高程438m以上時，由于流量較大，測點值較少，曲線誤差較大。

2．5 監測方法的運用

通過在銅街子水電站裝設水位傳感器、通信終端、太陽能浮充蓄電池電源系統、避雷設備，建立銅街子水電站尾水水位自動監測站，利用水位數據采集終端(RTU)和GPRS通信網絡，實現水情信息的自動采集和遠程傳輸，通過水位流量轉換軟件，參照水位流量關系曲線，將沙灣水電站實時入庫流量測算出來并反映到中心顯示終端，從而實現對沙灣水電站入庫流量的實時監測。在枯水期和平水期，流域天然流量小于銅街子水電站滿發流量，銅街子水電站對天然流量的日調節作用很明顯，此時，銅街子水電站下泄流量基本上全部來自于機組下泄流量，而此時的關系曲線擬合較好，能夠滿足沙灣水電站水庫調度日常工作的需要。在汛期，當流量大于銅街子水電站的機組滿發流量時，銅街子水電站對流域天然流量的日調節作用不是很明顯，基本上按照天然流量下泄。當流量小于3000m3/s時，曲線有一定的偏差，但是，借助于上游沙坪水文站和毛頭碼水文站的數據和水位-流量關系曲線的趨勢預測，仍能滿足沙灣水電站防汛調度的需要。當流量大于3000 m3/s時，曲線誤差較小，此時，曲線又能很好地反映流量關系。

3 結語

通過以銅街子水電站尾水斷面作為控制斷面，建立銅街子水電站尾水斷面水位-流量關系曲線，引入銅街子水電站尾水水位，從而實現了對沙灣水電站入庫流量的實時監測，經過兩年時間的實際運用情況看，水位-流量關系曲線吻合性較好。通過這種方法對入庫流量實施監測可靠性、安全性較高，很好地解決了沙灣水電站水庫調度和防汛調度工作中的難題。