劉 濤，王飛宇，胡寶軍

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

1 概述

2013年，尼爾基水庫遭遇超過50年一遇特大洪水的襲擊，為承擔(dān)水庫的防洪任務(wù)，保障上下游的防洪安全，水庫共開啟溢洪道下泄洪水30 d，水流沖刷了下游河床并使部分泥沙向水電站尾水段淤積，加上尾水段殘留的一處混凝土圍堰，造成機(jī)組發(fā)電運(yùn)行時(shí)水流受阻而壅水，發(fā)電水頭減小，水電站發(fā)電效益因此受損。

為了改善下游河道的過流條件，增加機(jī)組發(fā)電水頭，降低耗水率，提高電站發(fā)電效益，2014年10月，公司針對(duì)殘留混凝土圍堰以及泥沙淤積的尾水段開展了有關(guān)清淤處理工作。

本文從清淤前后發(fā)電水頭和機(jī)組耗水率的變化趨勢入手，開展有關(guān)的數(shù)據(jù)分析研究工作，計(jì)算出清淤前后水電站年發(fā)電量的變化值，進(jìn)而從定量角度確定清淤工作對(duì)發(fā)電效益的影響情況。

此次清淤主要完成了壩下殘留混凝土圍堰和淤積泥沙的清除工作?；炷羾呓ㄔ趬蜗录s200 m處，位于河道右側(cè)，長度約占河道寬度的一半，堰頂高程約181.30 m，拆除后圍堰處底板高程179.00 m。

2 研究資料選取

2.1 選取原則

對(duì)比清淤前后機(jī)組發(fā)電耗水率的變化情況，分析研究清淤對(duì)機(jī)組發(fā)電耗水率的影響程度。在具體資料選擇過程中，應(yīng)遵循以下原則：

1）因開啟溢洪道造成的尾水段泥沙淤積發(fā)生在2013年特大洪水后，故此次研究所選取清淤前后資料都應(yīng)為2013年以后的數(shù)據(jù)。

2）為排除封凍對(duì)上下游水位的影響，不應(yīng)選取11月至次年4月的水情數(shù)據(jù)資料。

2.2 資料選取結(jié)果

根據(jù)以上原則，選取清淤前后的相關(guān)資料進(jìn)行對(duì)比分析，確定清淤后的數(shù)據(jù)采用2015年5月1日至2017年9月21日（不含11月至翌年3月）的水情數(shù)據(jù)，共計(jì)308 076條；清淤前采用2014年5月1日至9月11日的水情數(shù)據(jù)，共計(jì)147 413條。

3 研究方法

機(jī)組耗水率是反映水電站發(fā)電效益情況的重要指標(biāo)，為研究水電站發(fā)電效益的增減，可以從機(jī)組耗水率入手。水電站機(jī)組耗水率公式：

式中：μ——機(jī)組耗水率；E——發(fā)電量；W——發(fā)電用水量；η——機(jī)組綜合系數(shù)；η——發(fā)電水頭；Q——發(fā)電流量；T——發(fā)電時(shí)長。

在實(shí)際水務(wù)計(jì)算中機(jī)組綜合系數(shù)采用定值（8.0），因此，從公式（1）可以看出，機(jī)組耗水率的變化只與發(fā)電水頭變化有關(guān)。

經(jīng)分析，發(fā)電水頭主要受壩上水位、電站出力和清淤工作等因素的影響，因此，在分析清淤工作前后發(fā)電水頭的變化情況時(shí)，首先應(yīng)使清淤前后上述前兩個(gè)因素（即壩上水位和電站出力）一致，然后計(jì)算電站水頭的變化情況，從而判斷出清淤工作對(duì)發(fā)電水頭的影響情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步推算出清淤對(duì)耗水率和發(fā)電效益的影響情況。

4 研究步驟

1）從數(shù)據(jù)庫中提取清淤前后2個(gè)研究時(shí)段的各單機(jī)出力及壩上壩下水位瞬時(shí)值；

2）由于機(jī)組出力等數(shù)據(jù)采集時(shí)段過短或過長，致使數(shù)據(jù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)不一致和不連續(xù)，故應(yīng)對(duì)提取的2個(gè)研究時(shí)段各項(xiàng)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行插值處理；

3）先按全廠出力一致的原則，篩選出2個(gè)對(duì)比時(shí)段中滿足條件的數(shù)據(jù)，再在篩選出的數(shù)據(jù)中按壩上水位相同的原則，查找出符合要求的樣本；

4）對(duì)比分析清淤前后樣本壩下水位的變化規(guī)律，計(jì)算出水頭增加或減少的數(shù)值，進(jìn)而推出耗水率的變化趨勢。

5 耗水率對(duì)比分析研究

5.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1）數(shù)據(jù)處理

在耗水率的數(shù)據(jù)篩選、分析、研究過程中，按照研究方法和步驟，對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：清淤后數(shù)據(jù)自2015年5月1日0時(shí)4分開始，清淤前數(shù)據(jù)自2014年5月1日0時(shí)4分開始，每間隔1 min進(jìn)行處理，沒有資料的進(jìn)行插值處理，以保證數(shù)據(jù)在時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的一致性。

2）壩上水位、電站出力一致的假定

為了研究清淤對(duì)耗水率的影響，即清淤對(duì)發(fā)電水頭的影響，在實(shí)際分析過程中，應(yīng)保持清淤前后壩上水位和電站出力2個(gè)要素一致。

壩上水位方面，水位相差2 cm，約占平均水頭22 m的0.09%，據(jù)此將壩上水位相差2 cm以內(nèi)假定為壩上水位一致；而在電站出力方面，機(jī)組發(fā)電時(shí)全廠出力一般控制在120 MW（單機(jī)出力約30 MW）和240 MW（單機(jī)出力約60 MW）兩級(jí)，由于全廠出力120 MW的樣本較少，歷史數(shù)據(jù)不能較準(zhǔn)確反映水電站該工況運(yùn)行時(shí)的水頭變化情況，因此，出力只考慮全廠出力240 MW左右的運(yùn)行工況，在分析研究過程中，將電站出力相差0.2 MW（占全廠出力0.08%）以內(nèi)假定為電站出力一致。

此外，如果遇到壩下水位波動(dòng)較大、不穩(wěn)定時(shí)，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)應(yīng)予舍棄。

5.2 變化統(tǒng)計(jì)

根據(jù)分析研究方法和研究步驟，將水情數(shù)據(jù)按表1所示邊界條件進(jìn)行劃分和篩選，統(tǒng)計(jì)發(fā)電水頭及耗水率的變化情況。

表1 耗水率研究邊界條件劃分表

表2 各運(yùn)行工況下發(fā)電水頭及耗水率變化統(tǒng)計(jì)表

5.3 變化分析

利用篩選出的數(shù)據(jù)，計(jì)算整理出清淤前后不同運(yùn)行工況下發(fā)電水頭和耗水率的變化情況，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

從表2可以看出，清淤以后機(jī)組發(fā)電水頭較清淤前增加約0.29 m，表明原殘留混凝土圍堰和泥沙淤積對(duì)機(jī)組尾水段的壅水作用明顯，清淤有效改善了尾水段的過流條件，提高了電站發(fā)電效益。

在機(jī)組耗水率方面，清淤后的耗水率較清淤前降低約1.08%，尼爾基水庫多年平均發(fā)電量為6.387億kW·h，則清淤后年發(fā)電量增加約695萬kW·h，每年可以為公司帶來約269萬元的額外經(jīng)濟(jì)收入。

由于清淤前后資料的欠缺，此次分析結(jié)論只基于壩上水位在209.88 m至211.90 m之間和機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行的情況，未能涵蓋所有運(yùn)行工況。要更準(zhǔn)確地分析研究發(fā)電效益的變化情況，應(yīng)在發(fā)電調(diào)度過程中按各種出力組合控制運(yùn)行（調(diào)度運(yùn)行時(shí)不易實(shí)現(xiàn)），收集相關(guān)資料，據(jù)此進(jìn)行更加精細(xì)化的分析對(duì)比，從而得出更為可靠的結(jié)論。