陳田水庫水文分析及水能復(fù)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(fù)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(jì)算、徑流年內(nèi)分配、水庫水位庫容關(guān)系及泥沙情況對陳田水庫水文進(jìn)行分析，然后對陳田水庫進(jìn)行水能復(fù)核。從而為陳田二級水電站的裝機(jī)容量的確認(rèn)提供依據(jù)。根據(jù)水文分析和水能復(fù)核以及電站出力保證率及裝機(jī)電量分析結(jié)果，原設(shè)計(jì)的電站裝機(jī)容量基本合理，但由于以上計(jì)算是以月為計(jì)算單位，無法體現(xiàn)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(fā)電。農(nóng)田灌溉用水是有季節(jié)性的，工業(yè)及民用供水的時(shí)變化系數(shù)根據(jù)供水規(guī)模一般在1.5～3.0；另外，考慮到上下級電站設(shè)計(jì)流量的匹配，確定陳田二級水電站的裝機(jī)容量為2×1000kW。

關(guān)鍵詞：水文分析；水能復(fù)核；陳田水庫

0前言

陳田水庫位于惠安縣涂嶺鎮(zhèn)陳田村，菱溪上游的支流險(xiǎn)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(qū)性小溪流。二級水電站除引陳田水庫調(diào)節(jié)后的徑流外，另取區(qū)間2.6 km2的天然來水作為電站的發(fā)電水量。以下主要對陳田水庫水文進(jìn)行分析和水能進(jìn)行復(fù)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?zé)岢睗竦膬蓚€(gè)過渡性氣候區(qū)。氣候溫?zé)幔瑴囟热詹钶^小，降雨量集中，季風(fēng)明顯，日照充足，蒸發(fā)量大，臺風(fēng)活動頻繁。

根據(jù)崇武氣象站資料統(tǒng)計(jì)分析，本流域多年平均氣溫20.1℃，平均相對濕度76%，日照時(shí)數(shù)2150hr，日照率48%；年平均霧日數(shù)約6～7 d。

流域受熱帶季風(fēng)的影響，降水充足，多年平均降雨量1705 mm，多年平均陸地蒸發(fā)量740 mm，徑流深965 mm，多年平均徑流量3 043萬 m3(含區(qū)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(fēng)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(jì)算

陳田水庫自1960年至今，已有51 a長系列的實(shí)測降雨資料和各月平均來水流量資料，能真實(shí)地反映該區(qū)域的降雨特征和來水流量等，比舊電站原設(shè)計(jì)時(shí)推求的徑流量及年內(nèi)分配準(zhǔn)確。因此，本次的增效擴(kuò)容改造設(shè)計(jì)確定采用陳田水庫實(shí)測的徑流資料作為設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)。陳田水庫壩址以上流域面積105.8km2，根據(jù)實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)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(fā)量710.9 mm，年徑流深664.7 mm。

1.2.1陳田水庫徑流參數(shù)的推求

據(jù)陳田水庫1960—2010年共51 a實(shí)測的徑流資料進(jìn)行頻率計(jì)算，并經(jīng)皮爾遜-III型曲線適線后，選定徑流參數(shù)詳見表1及圖1。

表1　陳田水庫徑流頻率計(jì)算成果表

1.2.2陳田壩址年徑流計(jì)算

陳田水庫壩址及區(qū)間流域的年徑流計(jì)算，是由陳田水庫相應(yīng)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(yīng)設(shè)計(jì)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(fā)量的比值進(jìn)行修正，見如下計(jì)算式，得到陳田水庫壩址及區(qū)間流域設(shè)計(jì)代表年的年徑流量，結(jié)果見表2 。

計(jì)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(shè)計(jì)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(fā)量，mm。

表2　陳田壩址及區(qū)間流域設(shè)計(jì)代表年流量表　m3/s

根據(jù)以上計(jì)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(shù)為30.34d m3/ S·km2；區(qū)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(nèi)分配

陳田水庫徑流年內(nèi)分配是以陳田水庫實(shí)測的年徑流量資料為計(jì)算依據(jù)，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(yīng)枯水期來水流量見表3，然后以陳田水庫壩址及區(qū)間流域設(shè)計(jì)代表年徑流量與相應(yīng)典型年徑流量的比值進(jìn)行修正，詳見以下計(jì)算式，求得陳田二級電站設(shè)計(jì)代表年的逐月來水流量，詳見表4及表5。

計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(guān)系

陳田水庫水位庫容面積關(guān)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(jù)鳳洋水文站實(shí)測懸移質(zhì)泥砂資料進(jìn)行分析，并結(jié)合本工程壩址以上流域的實(shí)際情況，確定多年平均年侵蝕模數(shù)為250 t/km2，考慮到陳田水庫為中型水庫，發(fā)生洪水時(shí)庫中流速較緩，懸移質(zhì)泥砂全部淤于庫中，則求得水庫懸移質(zhì)泥砂年輸砂量為0.730 萬 t，推移質(zhì)輸砂量按懸移質(zhì)輸沙量的30%估算，據(jù)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(fù)核計(jì)算

2.1基本參數(shù)

水量調(diào)節(jié)計(jì)算：陳田水庫為多年調(diào)節(jié)的中型水庫，水庫興利庫容1 742 萬 m3，庫容系數(shù)達(dá)62.35%。本級電站的調(diào)節(jié)徑流取陳田一級水電站發(fā)電水量加區(qū)間來水量，作為電站電能計(jì)算的依據(jù)。

2.2水能復(fù)核計(jì)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(jìn)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(jì)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(jìn)行改造)，鋼管糙率系數(shù)取0.012，局部水頭損失系數(shù)為2.5，總水頭損失按當(dāng)月發(fā)電水量進(jìn)行計(jì)算。

水量損失計(jì)算：引水系統(tǒng)的滲漏損失按調(diào)節(jié)流量的2.0%計(jì)算。

發(fā)電調(diào)節(jié)計(jì)算：電站按不定裝機(jī)容量計(jì)算發(fā)電量，用頻率分別為10%、25%、50%、75%和90%5個(gè)設(shè)計(jì)代表年的平均各月調(diào)節(jié)流量，按上述特征參數(shù)計(jì)算電站出力和發(fā)電量，計(jì)算時(shí)段為月，設(shè)計(jì)代表年各月出力及發(fā)電量計(jì)算結(jié)果見表7，出力保證率及裝機(jī)電量關(guān)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(jié)語

根據(jù)以上水文分析和水能復(fù)核以及電站出力保證率及裝機(jī)電量分析結(jié)果，原設(shè)計(jì)的電站裝機(jī)容量基本合理，但由于以上計(jì)算是以月為計(jì)算單位，無法體現(xiàn)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(fā)電[3-4]。農(nóng)田灌溉用水是有季節(jié)性的，工業(yè)及民用供水的時(shí)變化系數(shù)根據(jù)供水規(guī)模一般在1.5-3.0；另外，考慮到上下級電站設(shè)計(jì)流量的匹配，確定陳田二級水電站的裝機(jī)容量為2×1000kW。