新丰江入库流量测量误差分析

欧阳丽

(粤电新丰江发电有限责任公司发电部水调班，广东河源 517021)

0 前言

新丰江水电站位于广东省河源市境内、珠江水系东江支流新丰江下游亚婆山峡谷出口处，距河源市约6 km。新丰江流域属亚热带季风气候区，西北为九连山脉，东南为灯塔盆地，地势由西北向东南倾斜，流域内水量充沛，主要受锋面雨和台风雨影响。降雨特点为雨量多、强度大、汛期长，时程及地区分布不均。汛期分前汛期和后汛期，4—6月份为前汛期，来水占全年来水的48%;7—9月份为后汛期，来水占全年来水的31%;整个汛期来水约占全年来水的80%。坝址以上流域面积5 734 km2，流域多年平均降雨量1 774 mm，多年平均流量190 m3/s，库容系数107%，属多年调节水库。相对其他水库来水，主要特点是水面面积宽，水位对入库流量功率反推影响大。流域内主要分布着4条比较大的河流:新丰水，连平水，大席水，船塘水。

1 水量平衡公式

水量平衡的计算公式为:

式中:Q入为入库流量;Q发为发电流量;Q泄为泄洪流量;Q蒸为蒸发流量;Q供为供水流量;Q渗为渗漏流量;△V为△T时段长的库容差;△T为时段长。

2 反推入库流量误差分析

2.1 蒸发流量

新丰江发电公司经过多年蒸发测量，在30多年的基础上，分1—12个月制定出新丰江水库12条水位蒸发流量曲线。然后根据蒸发流量曲线查找蒸发流量。这就导致一个采用平均值代替样本的误差。为了研究，我们选取蒸发量大的7月份。新丰江水库水位在111 m时，7月多年平均日蒸发流量10 m3/s，而最大日蒸发流量20 m3/s，最小日蒸发流量0 m3/s。因此，蒸发流量对入库日平均流量影响误差为10 m3/s。在水库蒸发量大于多年平均值时，计算出来的日平均入库流量偏少。当水面蒸发量少于多年平均蒸发量时，计算日平均入库流量偏多。

2.2 库容差

库容差是当前水位库容与前1 d水位库容之差，其影响因素是水位。由于水库水面面积大，水位每变动1 mm，反推入库影响幅度比较大。。而水库水位与机组运行状况以及天气因素——风都有极大关系。下面从这两方面进行分析论证。水库水位在各个水位值的影响量见表1。

表1 水库水位每变动1 mm对小时平均入库流量的影响

2.2.1 机组运行状况

机组运行状况通过发电流量影响入库流量。通过分析，发电流量与入库流量相关系数为0.33，为正相关。在反推小时入库流量时，受开停机影响比较严重。从图1可以看出:在第5小时、第29小时和49小时的时候，流量突然增大。究其原因，是因为第4小时48分停机，第28小时49分停机，第48小时10分机组停机，河流受到大坝的拦截，水流由流动的动能转化为势能，从而壅高水位。而又因为新丰江水库坝上水位采用前40 min的移动平均值，也就是说遥测水位比实际水位值滞后20 min，刚好影响停机时段的小时反推流量。虽然新丰江的水位采用了40 min内采集160次水位，并对其求平均值。但是由于新丰江水库的水位计安装的离发电机进水口不足90 m，所以该方法只能消除水库正常的正弦波动，而不能消除由于机组的关闭而引起的水位壅高。第5、29、49小时停机对小时反推流量影响，流量突然增大，相对停机13时的反推入库流量，差值达到了600 m3/s，也就是说影响水位变动了9 mm，换算成对日平均流量影响达到了25 m3/s，见图1。

图1 新丰江水库20120618负荷入库流量关系图

2.2.2 风速对入库流量影响分析

由于水库库面面积大，116 m时库面积达到364 km2，而入库流量相对比较小，在2011年12月份的平均入库流量才38.4 m3/s。因此，水库每变动1 mm，影响日平均入库流量达到2.5～4.5 m3/s(水位和库容不同影响不同)。为了验证风速的影响，我们选取2011年12月份(选取原因为本月没有降雨，且前期也有10 d没有降雨，所以本月入库为基流)。

我们选取河源站的气象资料风速和入库流量做相关关系分析。发现他们的相关系数为－0.28，也就是说它们是负相关的。

因为新丰江水库内有数量众多的小水电，为了剔除小水电对入库影响，我们选取水库内两各控制站入库流量比较平顺阶段16－19日，顺天和岳城水文站控制流域面积占水库总流域面积的1/3，可以认为已经排除小水电影响。5日最低风速10 m/s时入库流量为30 m3/s，而到达 10日最高风速30 m/s时入库流量为14.3 m/s，流量变动约为15 m3/s。因此我们认为在风速达到30 m/s，通过影响水位影响日平均入库流量计算达到15 m3/s，见图2。同时，我们认为风向也是影响因素之一，风向不同，影响不同，见表2。

表2 新丰江2011年12月份入库流量与风向风速关系

图2 入库流量与风速关系图

2.3 发电流量及泄洪流量

新丰江发电公司经过多年效率试验，基本上对NHQ曲线进行多次修正，已经比较符合实际，本文不再展开论述。当然，如果能够采用实测发电流量，那肯定能减少误差。新丰江水库为多年调节水库，泄洪很少，10多年才泄洪1次，资料很少，本文不再展开论述。发电流量及泄洪流量如前面已经论述，因为水位站比较接近坝体，发电流量及泄洪流量通过对水位施加影响从而影响库容差，进而影响入库流量，并且，随着它们的流量的加大，影响随之加大。

2.4 渗漏损失

由于水库多年运行后，渗漏已经比较稳定，大约1万m3，基本可以忽略。

3 结论

通过以上分析，我们认为新丰江反推入库流量受到了3个方面的影响，结论如下:

1)在当前的入库流量反推模式下，水面蒸发量与多年平均蒸发量的差值影响到反推日平均入库流量的偏差，影响值最大为10 m3/s。

2)由于遥测水位太靠近进水口，所以受到开停机或泄洪的影响。对新丰江水库的小时平均反推入库流量，在装机容量范围内影响值最大为600 m3/s，折算成日平均流量为25 m3/s。在泄洪时，影响值随着下泄流量不同而不同。

3)风速对入库流量起到负相关的作用。影响为30 m/s的风速，对入库影响达到15 m3/s，也就是说可以影响水位5 mm。由于这个是风对宽阔的水面形成一个波降，从而影响对入库流量的反推。其影响规律为，随着冷空气入侵，库面起风，水位比实际偏低，反推的入库流量偏小;随着风速停止后，入库流量恢复到原来水平。

4 建议

1)在枯水期，风速和小水电对预报入库流量精度影响很大，建议在刮风时适当调整，风速在30 m/s时，调整入库流量不超过15 m3/s。

2)在条件允许的情况下，把遥测水位计尽量往上游搬迁以排除开停机或泄洪对水库水位的影响。

3)在条件允许的情况下安装遥测蒸发测量装置。

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