太白县将军石水电站水文计算及装机容量的确定

辛亚莉（陕西省宝鸡峡引渭灌溉管理局　陕西　咸阳　712000）

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太白县将军石水电站水文计算及装机容量的确定

辛亚莉
（陕西省宝鸡峡引渭灌溉管理局陕西咸阳712000）

根据太白县的基本水文地质条件和将军石水电站所处的水能开发利用环节，参考相同流域水文站的径流、洪峰资料，较为细致的进行了电站的水文计算，并进一步得出电站的保证流量、保证出力，最终确定了电站适宜的装机容量和发电量，以期为同类工程装机容量的计算提供参考。

水电站水文计算；日平均流量保证率；装机容量

1　概况

太白县地处秦岭西部，位于宝鸡市东南，因秦岭主峰太白山在境内而得名。太白县横跨黄河、长江两大流域，水资源十分丰富，境内有石头河、红岩河、湑水河等河流，是关中城市水源涵养地和饮用水资源保护地。太白县政府立足于开发本地丰富的水资源，调整能源结构，促进县域经济发展，加大了水资源的开发力度，因此，将军石水电站工程的建设将对区域水资源的开发和利用起到积极的推动作用。

1.1水文条件

太白县将军石水电站系石头河上中游梯级开发水利资源项目之一，电站位于桃川镇北坡村，枢纽位置在桃川河与沙河峡交江处。电站引水河流为渭河一级支流石头河上中游之桃川河，引水枢纽以上流域面积142.1km2，年均径流量0.902亿m3。流域内降水较丰，自然植被良好，水流涵养性高。降水是河流径流形成的主要因素，由于降水时段主要集中在7月、8月、9月三个月，占全年总降水量的60%以上，故径流年际变化不均。流域内平均径流深812mm，年平均径流模数25.8m3/（s·km2）。

1.2地质条件

该工程所在地属秦岭地质构造带，山体为东西走向纬向山脉。土质岩性由太古代结晶片岩，变质岩系的千枚岩及后期花岗岩侵入组成。河漫滩地由山前洪积扇形成，上部为碎石细砂泥粉质黏土，中部为巨砾及卵石，下部为基岩。河道左岸山体主要由片岩、花岗岩及少量白云质大理岩、黑云母斜长片麻岩组成，山体顶部为第四纪黄土覆盖，山坡为残积物覆盖。

1.3可行性及优势

由于该电站位于桃川河左岸，而桃川河右岸紧靠姜眉公路，所以交通便利；河道石料丰富，可就地取材；太白变电10kV线路通过桃川，并网方便，随电站增容加大，后可逐步改造线路等级；由上一级电站尾水引水不需修建引水枢纽，可减少工程项目，节省投资；工程占用耕地少，对环境影响小等诸多有利条件，使得工程具有建设期短、投资少、效益高、见效快等优势，因此，推进该水电站的建设优势明显。

2　水文计算

将军石水电站计划引水水源有两处：一是用桃川河自产流量；二是利用引红济石引水流量。本文以桃川河自产水为主，进行水文分析计算。

2.1洪水

石头河流域设有斜峪关、鹦鸽两处水电站，斜峪关站已有50年系列资料，控制流域面积为686km2，鹦鸽水电站也有30年水文资料，控制流域面积507km2，且距鹿台沟电站枢纽（将军石电站不设枢纽）30km，为同一流域，故水文计算以该站实测资料为参证。

表1　　参证站和研究区域各频率下的洪峰流量　　单位：m3/s

先对鹦鸽水文站25年（1974年～1998年）的实测资料进行洪峰推求，利用相同流域的面积比拟法公式，推求研究区域的设计洪峰流量，然后计算枢纽处及厂区处各频率下的洪峰流量，公式如下：

式中，Q设—为水电站的设计洪峰流量，m3/s；

F设—为水电站的控制面积，枢纽处取142.1km2，厂区处取202km2；

F参—为参证站的控制面积，km2；

Q参—为参证站的洪峰流量，m3/s。

根据《水利水电工程等级规划及洪水标准》规定，该电站装机容量小于1× 104kW，属于小（二）型工程，工程等级为V等，永久性建筑物设防等级为5级，故电站枢纽的防护标准为10年一遇洪水设计，20年一遇洪水校核；厂区防洪标准为30年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核。所以，将军石水电站厂区处，洪水设计标准为P=3.33%、Q洪=1137m3/s，校核标准为P=2%、洪峰流量为Q洪=1256m3/s，见表1。

2.2多年平均径流量的计算

采用鹦鸽水文站30年实测径流资料，按相同流域面积比拟法推求得到枢纽处多年平均径流量为0.902亿m3。

2.3日平均流量保证率

2.3.1用实测资料推求不同保证率下日平均流量

该电站为无调节径流引水，其日平均流量保证率的计算，按鹦鸽站实测径流量系列资料进行分析，推求出丰、平、枯、三个径流代表年，对代表年的日流量进行分级排队，用频率计算公式计算，适线求得不同保证率的日平均流量，取P=50%时的日平均流量待用。

2.3.2用平水年（P=50%）日平均流量推求

对计算得到的平水年（P=50%）日平均流量进行分级，作频率分析，并计算出各级流量下的日平均出力、日发电量、分级发电量、累计发电量，并绘制出Q～P（流量-频率）曲线，N～E～T（装机容量-年电量-利用小时）曲线。根据应鹦鸽站平水年（P=50%）日流量资料，计算出“日平均流量保证率及水能计算”成果，见表2。

3　水能计算

将军石水电站计划引水水源有两处：一是用桃川河自产流量；二是利用引红济石引水流量。计算电站保证出力按两处水源分别进行。

3.1桃川河自产水保证流量及保证出力

保证流量：根据前面的水文分析计算结果得知，在P=50%时，保证流量为1.05m3/s，P=75%时、保证流量为0.68m3/s；P=80%、保证流量为0.60m3/s，该电站设计保证率确定为P=75%，其保证流量为0.68m3/s。

保证出力：该电站的设计保证率确定为75%，电站净水头为94m，其保证出力按水能计算公式计算：

式中，N保—为P=75%时的保证出力，kW；

A—为综合出力系数，取8.0；

α—为效率系数，取0.90；

Q保—为P=75%时的保证流量，取0.68m3/s；

H净—为电站设计净水头，取94.0m。

由上式可以算出，保证出力为460.2kW。

3.2引红济石利用流量的保证出力

引红济石工程的引水参数：多年平均引水量为0.94亿m3～1.42亿m3，引水流量为3.3m3/s～7.0m3/s，为安全保险起见，按照最小引水流量3.3m3/s计算保证出力。根据上式，计算得到保证出力为2233kW。

4　装机容量的确定

4.1桃川河自产水装机容量

根据前面桃川河自产流量日保证率及水能计算，桃川河在保证率为75%时，保证流量为0.68m3/s，相应的保证出力为460.2kW。

装机容量确定有以下两种方法：①由保证出力倍比法确定：根据规范，单纯发电且在大电网中占比重较小的水电站，其装机倍比系数在2.5～4.5之间，该站系单纯向大电网供电，为充分利用丰水季节水量，故倍比系数取4.5，装机容量应为2027kW；②由年利用小时数法确定：根据“日平均流量保证率及水能计算表”所绘制的N～E～T曲线图，可查出年利用小时为某小时的装机容量，无调节径流电站单纯发电且向大电网供电的年利用小时取4800h，查曲线图，装机容量可初定为2000kW。

根据两种方法的计算结果，桃川河自产水部分确定的装机容量大致为2000kW。

4.2引红济石引水流量装机容量

引红济石引水流量按照最小引水量计算得到的出力为2233kW，该流量下的出力即为保证出力，而该水源稳定，故用保证出力作为电站的装机容量，所以，该水源的装机容量为2233kW。

综上，将军石水电站总的总装机容量应确定在4200kW～4800kW之间（考虑到倍比系数的选取以及水量变化等因素，根据经验限定一个范围），最终确定电站总装机容量为4500kW。

由此，根据总装机容量4500kW，年利用小时数4800h，可知年均发电量2160为万kW·h。

5　结语

将军石水电站系石头河上中游梯级开发水利资源项目之一，它的建成对区域水能资源的充分利用具有重要意义。本文立足区域的基本水文条件，对该站的洪峰流量和日平均流量的保证率进行了设计，通过水能计算推算出保证出力和装机容量。工程竣工后，电站运行稳定，达到了预期的效果，说明对该电站此次装机容量的设计是合理有效的。陕西水利

（责任编辑：畅妮）

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