電站發電調度對下游水位流量關系的影響分析

摘 要：電站下閘蓄水后，電站下泄流量完全受電站發電調度控制。文章以老撾南歐江二級水電站為例，通過實測資料佐證，深入簡出地分析了電站發電調度對下游水文站的水位流量關系的影響。

關鍵詞：發電調度；水位流量關系；水面比降

1 項目背景

1.1 電站概況

南歐江（Nam Ou）是湄公河左岸老撾境內較大支流，發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475km。

南歐江二級水電站位于老撾中北部瑯勃拉邦省境內南歐江下游河段上，為南歐江干流七級開發方案的第二級（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，相應庫容1.217億m3，死水位323m，死庫容0.963億m3，調節庫容0.254億m3，具有日調節性能。水庫校核洪水位327.01m（P=0.1%），總庫容1.62億m3。電站裝機容量120MW。

南歐江二級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部位，為河床式廠房。

2012年10月南歐江二級水電站主體工程開工建設，2013年12月實現大江截流，2015年10月18日下閘蓄水，2015年11月29日首機發電，計劃2016年10月工程完工。

1.2 電站樞紐區水文測站布置

南歐江二級電站樞紐區主要設置了壩前水位站、尾水水位站2個遙測水位站及出庫水文站1個遙測水文站。

其中壩前水位站位于大壩上游廠房進水口處，實時監測壩前水位；尾水水位站位于大壩下游廠房尾水出口處，實時監測廠房尾水位；出庫站位于壩址下游約5.4km處，開展電站出庫流量的測驗。

2 提出問題

2016年6月3日8：00南歐江二級水電站泄洪閘閘門保持全關，發電負荷從10MW調整為60MW。表1摘錄了2016年6月3日7：00～20：00南歐江二級水電站各斷面水位及出庫流量過程，表中發電流量采用機組出力曲線查算，出庫水文站流量采用出庫水文站天然水位流量關系曲線查算。根據該時段各斷面水位數據繪制水位過程線，并標注負荷調整后下游各斷面水位趨于穩定的時間，見圖1。

從表1及圖1不難發現，電站負荷增加后，由于壩上水位變化較小，發電流量增大后變化較小，而按出庫水文站天然水位流量關系推算的出庫流量漲水滯后明顯，變化緩慢，持續了近七個半小時后才趨于穩定，穩定流時推算的出庫流量接近發電流量。此時，倘若還按照出庫水文站水位流量關系推算出庫流量，將出現明顯誤差。

3 分析問題

穩定的水位流量關系應是同一水位只有一個相應流量，其關系呈單一曲線并應滿足曼寧公式：

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，同一水位只對應一個相應流量的前提是同一水位只對應一個水面比降。現在對出庫水文站水面比降進行分析，由于斷面的水面比降不便于求解，出庫水文站測驗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：當電站負荷增加后，水面比降驟然增大，遠大于穩定流時水位對應的水面比降，水面比降隨時間逐步減小，收斂至穩定流時水位對應的水面比降。所以，負荷增大后一段時間內，實際水面比降大于穩定流時的水面比降，且時間越接近，兩者差距越大。若此時仍然使用天然情況下的水位流量關系計算出庫流量，由于沒有考慮附加比降影響，正如表1數據顯示，推算流量勢必偏小。

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

4 解決方案

經過分析，電站發電調度調整后一段時間內，由于洪水漲落產生的附加比降影響，下游水文站水位流量關系極不穩定。為了正確、真實求解電站出庫流量，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，受附加比降影響時間較短，可以考慮采用穩定流時的尾水站水位～相應流量關系推算出庫流量，該方案盡管在電站發電調度調整后也有一段時間內推算的流量失真，但時段較短，影響相對較小。

（2）電站投運后，發電機組過水產生的發電流量或永久泄洪建筑物泄洪產生的棄水流量規律性較強，發電流量可通過機組的出力曲線（NHQ）求解，棄水流量可通水力學閘孔出流（或堰頂過流）公示求解。用下游出庫水文站穩定流時的流量復核機組出力曲線及泄流建筑物泄流曲線，然后直接用發電流量加棄水流量計算電站出庫流量。該方案不存在滯時問題，但復核機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測數據。

5 結束語

河床沖淤、變動回水、洪水漲落、水生植物、結冰等因素都會影響水位流量測點分布，穩定的水位流量關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系。在實際生產應用過程中，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，水位流量點子偏離在允許誤差范圍內仍可認為滿足單一定線要求。電站投產發電后，出庫流量受電站發電調度影響，有驟變性，漲落幅度大，附加比降影響不可忽略，此時若繼續貿然使用下游水文站天然情況下的水位流量關系推算出庫流量，勢必產生錯誤，需加強數據分析，制定合理應對措施。

參考文獻

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