畢小劍

（中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西西安 710065）

1 項目概況

德爾西水電站位于南美洲厄瓜多爾薩莫拉·欽奇佩省境內的薩莫拉河上，壩址控制流域面積1 112 km2，多年平均流量44.6 m3/s。工程開發(fā)任務為發(fā)電。

德爾西水電站主要建筑物由首部樞紐、左岸引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及其附屬設施組成。水庫正常蓄水位1 481 m，死水位1 473.6 m，調節(jié)庫容27萬m3，為徑流引水式電站；電站裝機容量115.332 MW，2臺機，電站額定引用流量為24.625 m3/s。

2 主要依據

1）國際標準。美國陸軍工程兵團工程手冊EM 1110-2-1701工程與設計水電。

3 中外標準對比分析

水電工程規(guī)劃設計的主要任務是確定水電站的各項特征值，包括特征水位、裝機容量、機組機型、引水道尺寸等，在此基礎上，計算電站的發(fā)電量，并對工程效益進行分析，為投資者決策提供依據。

德爾西水電站為EPC項目，特征水位、裝機容量等動能參數在總承包合同中都已經明確，基本設計階段主要是對發(fā)電量及額定水頭進行復核。德爾西為高水頭電站，可研報告選擇的設計水頭基本合適，文中主要考慮分別采用國際和中國標準復核發(fā)電量，并對比分析設計成果的主要差異及對工程的影響。

3.1 基本資料

1）徑流。水文設計中，根據Zamora DJ San Francisco站和Zamora DJ Sabanilla站1964至1994年徑流資料，計算得出德爾西壩址多年平均流量為44.6 m3/s。

2）庫容。德爾西水庫正常蓄水位1 481 m，相應庫容為42萬m3；死水位1 473.6 m，相應庫容為15萬m3；調節(jié)庫容為27萬m3。

3）廠址水位流量關系曲線。廠址處水位流量關系計算公式為：

4）水頭損失。水頭損失計算公式為：

5）生態(tài)流量。德爾西水電站采用引水式開發(fā)。根據環(huán)保要求，壩址～廠址之間的減水段需泄放一定的生態(tài)流量，根據環(huán)保要求，生態(tài)流量為3.0 m3/s。

二是嚴格水資源論證制度，對不符合國家產業(yè)政策和水資源管理要求的建設項目，其水資源論證報告書一律不予批準。

6）出力系數。德爾西采用混流式水輪發(fā)電機組，其中，水輪機額定點效率93%，發(fā)電機額定點效率99%。不同頻率流量對應的水輪機效率見表1。

表1 水輪機效率表

3.2 徑流調節(jié)計算的原則、方法

出力計算公式為：N=KQH。式中N——為逐日平均出力；K——為綜合出力系數；Q——為壩址處入庫流量扣除生態(tài)用水后的逐日可發(fā)電流量；H——為發(fā)電凈水頭（上游水位-下游水位-水頭損失）。

1）國際標準。美國陸軍工程兵團是世界最大的公共工程、設計和建筑管理機構，其水電工程標準體系在水電工程勘察、設計、施工等各方面研究、開發(fā)和應用上均處于世界領先水平，在世界范圍的水電工程建設中得以廣泛應用[1]。

根據美國陸軍工程兵團的工程手冊EM 1110-2-1701，有關水電站發(fā)電量計算及計算方法選擇的相關內容如下[2]：

①水電站電量計算共有3種方法，第1種為非時序法或流量頻率曲線方法，第2種為時歷法，第3種為混合法，即前兩種基本方法的結合。

②總體來說，在項目初步研究或篩選階段，大部分項目均可以采用流量頻率曲線計算方法，但需注意庫容或水頭變化對電量的影響。

對于典型的徑流式電站，當水頭為固定的（高水頭電站）或水頭隨流量變化（低水頭電站）的項目，流量頻率曲線計算方法是最佳選擇；當水頭變化獨立于流量時，應當采用混合法；時歷法也可以采用，但對于單個徑流式項目來說一般不采用，因為逐日流量的計算需要花費較長時間。

德爾西調節(jié)庫容僅27萬m3，調節(jié)能力十分有限。可研報告中采用的是流量頻率曲線方法，徑流資料為1年的逐日流量，該年為平水年，平水年選擇原文定義為：一年中有55%的天數降雨量大于2.2 mm，根據可研報告中的徑流資料，經計算，平水年的年平均流量為44.0 m3/s，與保證率50%年份的年平均流量基本相當。

2）國內標準。根據DL/T 5105-1999《水電工程水利計算規(guī)范》，有關水利計算的原文如下[3]：

6.0.3徑流調節(jié)計算應采用時歷法。

6.0.4徑流調節(jié)的計算時段應根據水庫的調節(jié)性能、河流水文特性及水電站的水頭變化情況選擇……對日、周調節(jié)或無調節(jié)的水電站，宜以日為計算單位。

6.0.7水電站多年平均年發(fā)電量應采用長系列或代表系列計算年發(fā)電量的平均值……當資料條件不具備時，可采用代表年計算，代表年應包括豐、平、枯典型年。

德爾西庫容較小，為徑流式電站。根據國內規(guī)范，德爾西電站徑流調節(jié)計算采用代表年法。經水文分析計算，得出壩址10%、25%、50%、75%和90%保證率的徑流設計代表年逐日平均流量過程。五個代表年的年平均流量為44.6 m3/s，與壩址多年平均流量一致，代表年的選擇是合適的。

3.3 計算結果及對比分析

德爾西壩址控制流域面積1 112 km2，壩址多年平均流量44.6 m3/s。電站正常蓄水位1 481 m，死水位1 473.6 m，調節(jié)庫容27萬m3，為徑流引水式電站。裝機容量115.332 MW，2臺機，為混流式水輪機，電站引用流量24.625 m3/s。

可研報告中，德爾西采用流量頻率曲線法進行發(fā)電量計算，徑流采用平水年逐日流量過程，經徑流調節(jié)計算，電站年發(fā)電量為9.04億kW·h。

這次按照中國標準采用代表年法對發(fā)電量進行復核，復核采用的基本參數（包括特征水位、裝機容量、機組機型、廠址水位流量關系、水頭損失、水輪機效率等）均與可研報告一致，區(qū)別僅在于徑流資料系列不同，復核采用的是壩址10%、25%、50%、75%和90%保證率共五個代表年的逐日平均流量過程。經徑流調節(jié)計算，電站多年平均年發(fā)電量為9.10億kW·h，比可研報告大約0.67%，差別非常小。

采用中、外標準計算結果見表2。

4 結論

4.1 徑流調節(jié)計算方法的差異

從國際標準和中國標準對比來看，徑流調節(jié)計算的原則和方法是基本相同的。實際中具體采用何種計算方法需要根據電站特性、所處的研究階段及資料情況來進行選擇。德爾西庫容較小，為徑流式電站，可研報告中德爾西采用的是流量頻率曲線法，按中國標準需要采用代表年法，經過分析計算，兩種方法計算出的發(fā)電量僅相差0.67%，差別非常小。

表2 中外標準計算結果對比表

從計算結果精度考慮，代表年法要優(yōu)于流量頻率曲線法。

4.2 基本資料的差異

1）日調節(jié)時的上游運行水位?？裳袌蟾嬷?，徑流調節(jié)計算采用的上游平均水位為1478.5m，全年均采用此值。國內一般情況為：汛期上游水位取正常蓄水位；枯水期按日調節(jié)考慮，上游水位為正常蓄水位與死水位的平均水位，經過對比分析，國內計算采用的年平均上游水位會略高于國外。

電站承擔不同的綜合利用任務，則電站的運行方式不同，上游水位也會有所不同。徑流調節(jié)計算中最終采用的上游水位應結合電站實際情況來確定。

2）綜合出力系數。可研報告中，徑流調節(jié)計算中采用的出力系數是根據不同流量時對應的水輪機效率來進行計算的。國內，在前期設計階段，由于缺乏機組運轉特性曲線，一般采用綜合出力系數，即參考國內類似項目的經驗，綜合出力系數一般比機組額定點出力系數（K=9.81×ηt×ηa）低0.3～0.5考慮；到了施工詳圖階段，再根據廠家提供的機組運轉特性曲線來進一步復核相關指標。經過對比分析，國內采用綜合出力系數計算出的電量，會略低于國外按實際效率計算出的結果。