浅析沙湾水电站入库流量的监测方法

谢 琰， 付 玉， 王永青

(四川圣达水电开发有限公司，四川乐山 614900)

1 概述

沙湾水电站位于四川省乐山市沙湾区葫芦镇，为大渡河干流下游梯级开发中的第一级，距上游已建的铜街子水电站11．5km。电站采用一级混合式(河床式厂房加长尾水渠)开发。电站以发电为主，兼顾灌溉，总装机容量为480MW(4×120MW)，属国家大(二)型规模电站。电站正常蓄水位高程432m，总库容4867万m3，正常蓄水位以下库容4554万m3，额定水头24．5m，设计引用流量 2203．2m3/s。

沙湾水电站目前无水情自动测报系统，电站入库流量目前仅依靠国电大渡河公司在公网建立的一个专用网页提供水情数据，主要有毛头码、沙坪、岩润、红旗四个水文站的流量和雨量小时数据，以及铜街子水电站小时出入库流量、铜街子水电站小时上下游水位等水情数据。通过网页上毛头码、沙坪、岩润、红旗四个水文站的流量和雨量数据可以分析流域水文情势，基本上可以满足电站短期和中期水文预报工作。但要做好沙湾水电站日常水库调度工作，在铜街子水电站运行调节作用影响下，通过现有的水情资料难度较大。沙湾水电站距上游铜街子水电站仅11．5km，库尾紧接铜街子水电站尾水出口，铜街子水电站出流即已入库，而网页上的水情数据是经过铜街子水电站水调人员在完成相应的计算后15min左右才将水情信息上传至专用网站上，收到水情数据时间相对滞后，而且只能得到整点数据，因此不能反应实时信息，而且通过公共网络本身的可靠性就不高。在日常运行中，铜街子水电站为经常承担四川电网调峰调频的电站，小时内流量变幅大、变化频繁，因此，监测铜街子水电站实时下泄流量对于沙湾水电站水库运行意义深远。铜街子水电站多年实际运行情况表明，铜街子水电站尾水断面稳定可靠，能很好地反映流量特征。若以铜街子水电站尾水断面作为控制断面，建立水位流量关系，绘制水位流量关系曲线，引入铜街子水电站尾水水位并将其接入沙湾水电站水情信息系统，就可以通过已有的水务计算软件进行计算而得出入库流量，从而实现沙湾水电站入库流量实时监测的目的。而且通过这种方法对入库流量进行监测的可靠性、安全性高，能够很好地满足沙湾水电站日常水库调度和防汛调度等工作的需要。

2 铜街子水电站尾水断面水位流量关系曲线的建立

2．1 资料收集

笔者对沙湾水电站运行五年来所收集到的铜街子水电站提供的每日小时尾水水位及其对应的下泄流量点群进行了分析整理，用2010年的分析资料绘制了铜街子水电站尾水断面水位流量关系曲线，用2011年的整理资料进行校核。现对2010年的整理资料进行分析统计，将铜街子水电站尾水水位按从小到大的顺序排列，找出与之相对应的流量值，选取0．1m为节点节距，筛选后得出的尾水水位-流量统计成果见表1。

2．2 水位流量关系曲线的绘制

表1 铜街子水电站尾水水位-流量数据统计表

按照表1中铜街子水电站水位-流量数据统计表中的数据点绘制的水位流量关系曲线见图1。由于不是专门用于布设水位测站，其流速、断面面积等无法测定，曲线的修正很难完成，故将曲线简化为单一的曲线，以初始曲线作为成果曲线，然后用2012年的数据统计资料对曲线进行校核。

图1 铜街子水电站尾水水位-流量关系曲线图

2．3 利用曲线推求流量

根据所绘制的水位-流量关系曲线中的铜街子水电站尾水水位-流量关系曲线推求不同水位下的流量成果，选取0．1m为节点间距曲线流率成果见表2。根据表2可查算不同尾水水位下的流量值。

表2 铜街子水电站尾水流量关系曲线流率表(节点间距为0．1m)

2．4 水位-流量关系曲线的校验

通过利用2009年整理资料作为样本资料，从中每个月在高程432～438m以节点间距0．1m分别抽取5个值(遇到尾水水位在节点值提取数据点不够时，选取节点值±0．01m的数据点代替选取节点值)进行与得出的关系曲线成果进行分析校验。在铜街子水电站机组泄流下尾水水位在高程435．5m以下水位关系曲线拟合较好，曲线误差很小，能够满足沙湾水电站水库调度工作对资料的要求;在铜街子水电站机组和闸门同时泄流的情况下，尾水水位在高程435．5～436．5m时波动较大。这是由于铜街子水电站尾水水位监测点设在机组尾水出水口处，当闸门参与泄流时，由于闸门与机组尾水出水口之间有一段导流墙，闸门泄流量约在800m3/s以下时，尾水增幅不是很明显，所以此时的流量差距频繁时曲线误差较大;当尾水水位在高程436．5m以上时铜站泄洪闸门与机组同时泄流，这时闸门的泄流量较大，尾水流量关系较好;当水位在高程438m以上时，由于流量较大，测点值较少，曲线误差较大。

2．5 监测方法的运用

通过在铜街子水电站装设水位传感器、通信终端、太阳能浮充蓄电池电源系统、避雷设备，建立铜街子水电站尾水水位自动监测站，利用水位数据采集终端(RTU)和GPRS通信网络，实现水情信息的自动采集和远程传输，通过水位流量转换软件，参照水位流量关系曲线，将沙湾水电站实时入库流量测算出来并反映到中心显示终端，从而实现对沙湾水电站入库流量的实时监测。在枯水期和平水期，流域天然流量小于铜街子水电站满发流量，铜街子水电站对天然流量的日调节作用很明显，此时，铜街子水电站下泄流量基本上全部来自于机组下泄流量，而此时的关系曲线拟合较好，能够满足沙湾水电站水库调度日常工作的需要。在汛期，当流量大于铜街子水电站的机组满发流量时，铜街子水电站对流域天然流量的日调节作用不是很明显，基本上按照天然流量下泄。当流量小于3000m3/s时，曲线有一定的偏差，但是，借助于上游沙坪水文站和毛头码水文站的数据和水位-流量关系曲线的趋势预测，仍能满足沙湾水电站防汛调度的需要。当流量大于3000 m3/s时，曲线误差较小，此时，曲线又能很好地反映流量关系。

3 结语

通过以铜街子水电站尾水断面作为控制断面，建立铜街子水电站尾水断面水位-流量关系曲线，引入铜街子水电站尾水水位，从而实现了对沙湾水电站入库流量的实时监测，经过两年时间的实际运用情况看，水位-流量关系曲线吻合性较好。通过这种方法对入库流量实施监测可靠性、安全性较高，很好地解决了沙湾水电站水库调度和防汛调度工作中的难题。