陈田水库水文分析及水能复核研究

2016-06-01翁清法

黑龙江水利科技 2016年3期

翁清法

(泉州市惠安县菱溪陈田水库管理处，福建泉州 362100)

陈田水库水文分析及水能复核研究

翁清法

(泉州市惠安县菱溪陈田水库管理处，福建泉州 362100)

摘要：通过径流计算、径流年内分配、水库水位库容关系及泥沙情况对陈田水库水文进行分析，然后对陈田水库进行水能复核。从而为陈田二级水电站的装机容量的确认提供依据。根据水文分析和水能复核以及电站出力保证率及装机电量分析结果，原设计的电站装机容量基本合理，但由于以上计算是以月为计算单位，无法体现月中来水的不均衡性，且陈田水库主要的功能是防洪、供水兼有发电。农田灌溉用水是有季节性的，工业及民用供水的时变化系数根据供水规模一般在1.5～3.0；另外，考虑到上下级电站设计流量的匹配，确定陈田二级水电站的装机容量为2×1000kW。

关键词：水文分析；水能复核；陈田水库

0前言

陈田水库位于惠安县涂岭镇陈田村，菱溪上游的支流险溪上，即菱溪水库上游约5 km处，截菱溪水库上游的径流，陈田水库坝址以上流域面积29.2 km2，河道长度8.0 km ，河道平均坡降27.0%，河流属于山区性小溪流。二级水电站除引陈田水库调节后的径流外，另取区间2.6 km2的天然来水作为电站的发电水量。以下主要对陈田水库水文进行分析和水能进行复核。

1陈田水库水文分析

1.1流域概况

陈田水库水库电站地处南亚热带海洋性温暖湿润和中亚热带温热潮湿的两个过渡性气候区。气候温热，温度日差较小，降雨量集中，季风明显，日照充足，蒸发量大，台风活动频繁。

根据崇武气象站资料统计分析，本流域多年平均气温20.1℃，平均相对湿度76%，日照时数2150hr，日照率48%；年平均雾日数约6～7 d。

流域受热带季风的影响，降水充足，多年平均降雨量1705 mm，多年平均陆地蒸发量740 mm，径流深965 mm，多年平均径流量3 043万 m3(含区间来水)。但降水受地理位置、地形和气候条件的影响，年降水量分布不均匀，主要降水集中在3-4月的春雨，5—6月的锋面雨和8-9月的台风雨，丰水期4—9月份的降雨量占多年平均年降雨量的77.28%。

1.2径流计算

陈田水库自1960年至今，已有51 a长系列的实测降雨资料和各月平均来水流量资料，能真实地反映该区域的降雨特征和来水流量等，比旧电站原设计时推求的径流量及年内分配准确。因此，本次的增效扩容改造设计确定采用陈田水库实测的径流资料作为设计计算依据。陈田水库坝址以上流域面积105.8km2，根据实测资料统计分析，陈田水库流域多年平均年降雨量1375.6 mm，多年平均陆地蒸发量710.9 mm，年径流深664.7 mm。

1.2.1陈田水库径流参数的推求

据陈田水库1960—2010年共51 a实测的径流资料进行频率计算，并经皮尔逊-III型曲线适线后，选定径流参数详见表1及图1。

表1　陈田水库径流频率计算成果表

1.2.2陈田坝址年径流计算

陈田水库坝址及区间流域的年径流计算，是由陈田水库相应的径流量修正而得。即在陈田水库径流频率曲线上查得相应设计频率分别为10%、25%、50%、75%和90%的径流量，按流域面积的比值和降水量扣除陆地蒸发量的比值进行修正，见如下计算式，得到陈田水库坝址及区间流域设计代表年的年径流量，结果见表2 。

计算式公式为：

Q坝=F坝/F惠×[ ( P坝-H坝)

/( P惠-H惠)]×Q惠

(1)

式中：Q坝、Q惠为陈田坝址、陈田水库设计代表年年平均流量，m3/s；F坝、F惠为陈田坝址、陈田水库坝址集雨面积，km2；P坝、P惠为陈田坝址、陈田水库流域多年平均年降雨量，mm；H坝、H惠为陈田坝址、陈田水库流域多年平均陆地蒸发量，mm。

表2　陈田坝址及区间流域设计代表年流量表　m3/s

根据以上计算得知：陈田水库坝址以上集雨面积29.2km2，多年平均来水流量0.886 m3/s，年径流量2794万 m3，径流深956.8 mm，径流模数为30.34d m3/ S·km2；区间集雨面积2.6km2，多年平均来水流量0.079 m3/s，年径流量249万 m3。

1.3径流年内分配

陈田水库径流年内分配是以陈田水库实测的年径流量资料为计算依据，即在长系列中选取频率分别为10%、25%、50%、75%、90%的典型年年份为2005.4～2006.3，1969.4～1970.3，1985.4～1986.3，1992.4～1993.3，1966.4～1967.3，其典型年年平均来水流量及相应枯水期来水流量见表3，然后以陈田水库坝址及区间流域设计代表年径流量与相应典型年径流量的比值进行修正，详见以下计算式，求得陈田二级电站设计代表年的逐月来水流量，详见表4及表5。

计算公式为：

Q坝月=(Q坝年/Q惠年)×Q惠月

(2)

式中：Q坝月、Q惠月为陈田水库坝址设计代表年、陈田水库典型年逐月来水流量，m3/s；Q坝年、Q惠年为陈田水库坝址设计代表年年平均流量和陈田水库典型年年平均流量，m3/s 。

表3　陈田水库坝址典型年年平均流量表　m3/s

1.4水库水位库容关系

陈田水库水位库容面积关系详见表6及图1。

1.5泥砂

河流中泥沙主要来自上游沿河两岸梯田、台地、岸坡的冲蚀以及人类活动如开恳荒地、修筑公路等。根据凤洋水文站实测悬移质泥砂资料进行分析，并结合本工程坝址以上流域的实际情况，确定多年平均年侵蚀模数为250 t/km2，考虑到陈田水库为中型水库，发生洪水时库中流速较缓，悬移质泥砂全部淤于库中，则求得水库悬移质泥砂年输砂量为0.730 万 t，推移质输砂量按悬移质输沙量的30%估算，据此求得陈田水库坝址处多年平均年总输砂量为0.949 万 t[1-2]。

图1　陈田水库水位库容面积曲线

2水能复核计算

2.1基本参数

水量调节计算：陈田水库为多年调节的中型水库，水库兴利库容1 742 万 m3，库容系数达62.35%。本级电站的调节径流取陈田一级水电站发电水量加区间来水量，作为电站电能计算的依据。

2.2水能复核计算

正常水位及尾水位：二级电站前池正常水位170.40 m，厂房地面高程78.20 m，尾水进入三级水电站的引水渠道，正常尾水位为76.68 m。

水头损失计算：电站压力管道长248 m，直径1.0 m，叉管长15直径0.80 m(原管径为0.50 m偏小，须进行改造)，钢管糙率系数取0.012，局部水头损失系数为2.5，总水头损失按当月发电水量进行计算。

水量损失计算：引水系统的渗漏损失按调节流量的2.0%计算。

发电调节计算：电站按不定装机容量计算发电量，用频率分别为10%、25%、50%、75%和90%5个设计代表年的平均各月调节流量，按上述特征参数计算电站出力和发电量，计算时段为月，设计代表年各月出力及发电量计算结果见表7，出力保证率及装机电量关系曲线见图2。

图2　陈田二级电站出力保证率电量积分曲线

3结语

根据以上水文分析和水能复核以及电站出力保证率及装机电量分析结果，原设计的电站装机容量基本合理，但由于以上计算是以月为计算单位，无法体现月中来水的不均衡性，且陈田水库主要的功能是防洪、供水兼有发电[3-4]。农田灌溉用水是有季节性的，工业及民用供水的时变化系数根据供水规模一般在1.5-3.0；另外，考虑到上下级电站设计流量的匹配，确定陈田二级水电站的装机容量为2×1000kW。