桐城抽水蓄能電站徑流分析與計算

鄧歡歡，張一鳴，袁 鷹

（廣東省水利電力勘測設計研究院，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掛車河上游支流南沖河上，地處大別山區，屬長江流域。電站主要由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房、開關站、業主營地、倉庫及連接公路等組成，推薦電站裝機總規模1280 MW，設計年發電量21.44 億kW·h。桐城抽水蓄能電站為純抽水蓄能電站，建成后將承擔調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用等任務。為確保工程建設的科學性，需對水庫徑流進行分析計算。

1 水文測站布設情況

桐城抽水蓄能電站上、下水庫流域內無實測水文資料。下水庫壩址下游約3.9 km 處建有牯牛背水庫，水庫設有大塘、唐灣、黃鋪、牯牛背水庫站共4 個專用站。鄰近青草塥河上設有沙河埠（二）水文站，皖水上設有岳西水文站，均為省級水文站。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，各雨量站均已經停測。

沙河埠水文站位于潛山縣雙峰鄉金塥村，控制流域面積460 km2。1954 年4 月由安徽省水利廳設立為水位站，初始位置在釣魚寺，1967 年1 月改為水文站，測驗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。測驗項目有水位、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，控制流域面積137 km2。1953 年5 月由安徽省水利電力廳設立為水位站，1954 年1 月改為水文站觀測至今，測驗項目有降水量、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

現有測量站點中牯牛背水庫距離工程最近，但實測資料沒有通過水文局的統一整編，流域內雨量站均發生過因測量儀器損壞廢棄而斷測、停測情況，實測多年平均年降雨量較周邊國家標準雨量站和等值線圖成果明顯偏小；入庫水量資料受工程測量記錄方法和人為因素影響較大，部分月份出現負值，錯誤明顯且無法校正。因此牯牛背水庫資料可靠性不強，不作為本文徑流計算的依據。

鄰近流域岳西水文站、沙河埠（二）水文站觀測項目齊全，測驗規范，所有測驗、觀測及數據整編復核國家行業技術規范的標準和要求，經復核水文數據無明顯錯誤，數據成果可靠。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，均值和離勢系數分別在系列大于等于28 年和41 年后趨向穩定，系列一致性、代表性較好，可作為本文徑流計算的參證站。

3 徑流分析與計算

工程所在區域地處亞熱帶季風氣候區，徑流主要來自降水。6 月份進入梅雨季節，陰雨連綿，同時受南北冷暖氣流交鋒的影響，降雨集中。七月中旬進入盛夏后，受太平洋副熱帶高壓控制，少量從沿海登陸的臺風影響到本流域，形成大暴雨。流域徑流年內分配不均勻，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，計算電站上、下水庫徑流系列，公式如下：

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

將來榜和岳西降雨量算術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、下水庫設計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。經計算，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)站與設計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 年降雨徑流關系，相關系數為0.82。

圖1 沙河埠（二）站年降雨徑流關系圖

根據唐家灣站逐年平均降雨量和沙河埠（二）站降雨徑流關系計算設計流域年徑流深，并按降雨比例分配到各月。經計算，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1984 年以前各站實測徑流分析綜合分析繪制的，至今已經過去30 多年，必須進行修正。本次以岳西水文站實測長短系列成果進行修正，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桐城抽水蓄能電站所在流域徑流進行計算，結果十分接近，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CV=0.19，多年平均徑流深為800.5 mm，變差系數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0.58，與周邊站點及等值線圖成果接近。

與鄰近流域測站實測成果對比：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，年徑流模數與年降水量相應，與等值線圖變化相一致，符合地區分布規律。

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，計算成果合理。

4 結語

桐城抽水蓄能電站所在南沖河流域無實測流量資料，根據牯牛背水庫、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）站為徑流計算參證站，保證了工程建設的科學性和合理性。

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

本文確定的參證站科學合理，計算方法切實可行，為桐城抽水蓄能電站來水蓄水及調度運行等提供技術依據，也為類似工程建設提供參考借鑒。經計算，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。