陳田水庫水文分析及水能復核研究

2016-06-01 09:39:13翁清法

黑龍江水利科技 2016年3期

翁清法

(泉州市惠安縣菱溪陳田水庫管理處，福建泉州 362100)

陳田水庫水文分析及水能復核研究

翁清法

(泉州市惠安縣菱溪陳田水庫管理處，福建泉州 362100)

摘要：通過徑流計算、徑流年內分配、水庫水位庫容關系及泥沙情況對陳田水庫水文進行分析，然后對陳田水庫進行水能復核。從而為陳田二級水電站的裝機容量的確認提供依據。根據水文分析和水能復核以及電站出力保證率及裝機電量分析結果，原設計的電站裝機容量基本合理，但由于以上計算是以月為計算單位，無法體現月中來水的不均衡性，且陳田水庫主要的功能是防洪、供水兼有發電。農田灌溉用水是有季節性的，工業及民用供水的時變化系數根據供水規模一般在1.5～3.0；另外，考慮到上下級電站設計流量的匹配，確定陳田二級水電站的裝機容量為2×1000kW。

關鍵詞：水文分析；水能復核；陳田水庫

0前言

陳田水庫位于惠安縣涂嶺鎮陳田村，菱溪上游的支流險溪上，即菱溪水庫上游約5 km處，截菱溪水庫上游的徑流，陳田水庫壩址以上流域面積29.2 km2，河道長度8.0 km ，河道平均坡降27.0%，河流屬于山區性小溪流。二級水電站除引陳田水庫調節后的徑流外，另取區間2.6 km2的天然來水作為電站的發電水量。以下主要對陳田水庫水文進行分析和水能進行復核。

1陳田水庫水文分析

1.1流域概況

陳田水庫水庫電站地處南亞熱帶海洋性溫暖濕潤和中亞熱帶溫熱潮濕的兩個過渡性氣候區。氣候溫熱，溫度日差較小，降雨量集中，季風明顯，日照充足，蒸發量大，臺風活動頻繁。

根據崇武氣象站資料統計分析，本流域多年平均氣溫20.1℃，平均相對濕度76%，日照時數2150hr，日照率48%；年平均霧日數約6～7 d。

流域受熱帶季風的影響，降水充足，多年平均降雨量1705 mm，多年平均陸地蒸發量740 mm，徑流深965 mm，多年平均徑流量3 043萬 m3(含區間來水)。但降水受地理位置、地形和氣候條件的影響，年降水量分布不均勻，主要降水集中在3-4月的春雨，5—6月的鋒面雨和8-9月的臺風雨，豐水期4—9月份的降雨量占多年平均年降雨量的77.28%。

1.2徑流計算

陳田水庫自1960年至今，已有51 a長系列的實測降雨資料和各月平均來水流量資料，能真實地反映該區域的降雨特征和來水流量等，比舊電站原設計時推求的徑流量及年內分配準確。因此，本次的增效擴容改造設計確定采用陳田水庫實測的徑流資料作為設計計算依據。陳田水庫壩址以上流域面積105.8km2，根據實測資料統計分析，陳田水庫流域多年平均年降雨量1375.6 mm，多年平均陸地蒸發量710.9 mm，年徑流深664.7 mm。

1.2.1陳田水庫徑流參數的推求

據陳田水庫1960—2010年共51 a實測的徑流資料進行頻率計算，并經皮爾遜-III型曲線適線后，選定徑流參數詳見表1及圖1。

表1　陳田水庫徑流頻率計算成果表

1.2.2陳田壩址年徑流計算

陳田水庫壩址及區間流域的年徑流計算，是由陳田水庫相應的徑流量修正而得。即在陳田水庫徑流頻率曲線上查得相應設計頻率分別為10%、25%、50%、75%和90%的徑流量，按流域面積的比值和降水量扣除陸地蒸發量的比值進行修正，見如下計算式，得到陳田水庫壩址及區間流域設計代表年的年徑流量，結果見表2 。

計算式公式為：

Q壩=F壩/F惠×[ ( P壩-H壩)

/( P惠-H惠)]×Q惠

(1)

式中：Q壩、Q惠為陳田壩址、陳田水庫設計代表年年平均流量，m3/s；F壩、F惠為陳田壩址、陳田水庫壩址集雨面積，km2；P壩、P惠為陳田壩址、陳田水庫流域多年平均年降雨量，mm；H壩、H惠為陳田壩址、陳田水庫流域多年平均陸地蒸發量，mm。

表2　陳田壩址及區間流域設計代表年流量表　m3/s

根據以上計算得知：陳田水庫壩址以上集雨面積29.2km2，多年平均來水流量0.886 m3/s，年徑流量2794萬 m3，徑流深956.8 mm，徑流模數為30.34d m3/ S·km2；區間集雨面積2.6km2，多年平均來水流量0.079 m3/s，年徑流量249萬 m3。

1.3徑流年內分配

陳田水庫徑流年內分配是以陳田水庫實測的年徑流量資料為計算依據，即在長系列中選取頻率分別為10%、25%、50%、75%、90%的典型年年份為2005.4～2006.3，1969.4～1970.3，1985.4～1986.3，1992.4～1993.3，1966.4～1967.3，其典型年年平均來水流量及相應枯水期來水流量見表3，然后以陳田水庫壩址及區間流域設計代表年徑流量與相應典型年徑流量的比值進行修正，詳見以下計算式，求得陳田二級電站設計代表年的逐月來水流量，詳見表4及表5。

計算公式為：

Q壩月=(Q壩年/Q惠年)×Q惠月

(2)

式中：Q壩月、Q惠月為陳田水庫壩址設計代表年、陳田水庫典型年逐月來水流量，m3/s；Q壩年、Q惠年為陳田水庫壩址設計代表年年平均流量和陳田水庫典型年年平均流量，m3/s 。

表3　陳田水庫壩址典型年年平均流量表　m3/s

1.4水庫水位庫容關系

陳田水庫水位庫容面積關系詳見表6及圖1。

1.5泥砂

河流中泥沙主要來自上游沿河兩岸梯田、臺地、岸坡的沖蝕以及人類活動如開懇荒地、修筑公路等。根據鳳洋水文站實測懸移質泥砂資料進行分析，并結合本工程壩址以上流域的實際情況，確定多年平均年侵蝕模數為250 t/km2，考慮到陳田水庫為中型水庫，發生洪水時庫中流速較緩，懸移質泥砂全部淤于庫中，則求得水庫懸移質泥砂年輸砂量為0.730 萬 t，推移質輸砂量按懸移質輸沙量的30%估算，據此求得陳田水庫壩址處多年平均年總輸砂量為0.949 萬 t[1-2]。

圖1　陳田水庫水位庫容面積曲線

2水能復核計算

2.1基本參數

水量調節計算：陳田水庫為多年調節的中型水庫，水庫興利庫容1 742 萬 m3，庫容系數達62.35%。本級電站的調節徑流取陳田一級水電站發電水量加區間來水量，作為電站電能計算的依據。

2.2水能復核計算

正常水位及尾水位：二級電站前池正常水位170.40 m，廠房地面高程78.20 m，尾水進入三級水電站的引水渠道，正常尾水位為76.68 m。

水頭損失計算：電站壓力管道長248 m，直徑1.0 m，叉管長15直徑0.80 m(原管徑為0.50 m偏小，須進行改造)，鋼管糙率系數取0.012，局部水頭損失系數為2.5，總水頭損失按當月發電水量進行計算。

水量損失計算：引水系統的滲漏損失按調節流量的2.0%計算。

發電調節計算：電站按不定裝機容量計算發電量，用頻率分別為10%、25%、50%、75%和90%5個設計代表年的平均各月調節流量，按上述特征參數計算電站出力和發電量，計算時段為月，設計代表年各月出力及發電量計算結果見表7，出力保證率及裝機電量關系曲線見圖2。

圖2　陳田二級電站出力保證率電量積分曲線

3結語

根據以上水文分析和水能復核以及電站出力保證率及裝機電量分析結果，原設計的電站裝機容量基本合理，但由于以上計算是以月為計算單位，無法體現月中來水的不均衡性，且陳田水庫主要的功能是防洪、供水兼有發電[3-4]。農田灌溉用水是有季節性的，工業及民用供水的時變化系數根據供水規模一般在1.5-3.0；另外，考慮到上下級電站設計流量的匹配，確定陳田二級水電站的裝機容量為2×1000kW。