不同水文序列下梯级水库能量指标的变化规律分析

张婷

（湖北文理学院理工学院，湖北 襄阳441000）

水电站的能量指标反映水电站的能量特性[1]，主要包括保证出力、多年平均发电量和多年平均耗水率。国内对于水电站能量指标的研究[2]主要集中在研究复核水电站能量指标与原设计值较大差异的原因，分析能量指标的变化规律和影响能量指标变化的因素。汪菲娜等将二分法与等出力法相结合复核保证出力，解决等出力法的计算程序陷入无限循环的缺陷；张秀菊[3]对比分析保证出力的不同计算方法，推荐年调节以上水电站应用等出力法计算保证出力；日调节水电站则应用简化的调节流量法计算保证出力；李子婷[4]和李慧[5]则以安康水电站为例，分别应用等流量调节和等出力调节两种保证出力计算方法，得出当天然入库径流量和水库等水位对应的库容呈减少趋势时水电站的保证出力及发电量均相应减小，当等流量对应的下游水位呈下降趋势时水电站的保证出力及发电量呈增大趋势的结论。

目前对于能量指标影响因素及变化规律研究还不完善.本文以梯级水电站A 为研究对象，从径流周期、径流过程和径流总量三个角度入手，对比分析不同分类条件下能量指标的变化情况，从而得出能量指标的变化规律并给出相应的调度建议。

1 径流过程的分类

1.1 按连续径流的丰枯分段

选用Morlet 连续复小波变换研究历史径流时间序列的多时间尺度特征，得出不同时间尺度下的小波系数，获取第一主周期为29 年，主周期下丰枯交替的周期为10 年。选择历史径流序列中1960～2009 年作为研究对象，将径流序列划分成5 个连续的丰枯段（1960-1969，…）进行分析，并分别用Ai（i=1～5）表示。

1.2 按径流过程分类

依据水文特性，将水文序列分成前丰后枯和前枯后丰，用C1来表示属于前丰后枯径流过程的水文序列，用C2来表示属于前枯后丰径流过程的水文序列。具体分类结果见表1。

1.3 按径流总量分级

将历史径流序列按年径流总量分级，划分成丰、平、枯三个级别的水文子序列。

具体分类结果见表2。

表1 按径流过程分类结果

表2 历史径流序列按径流总量分级

2 能量指标的对比与分析

将梯级水电站看做一个整体，采用等流量调节计算方法进行长系列径流调节计算得到能量指标；其中下游水电站由于调节能力有限，水能利用恒定且区间径流量较小，因此主要考虑龙头水库来水情况对于梯级能量指标的影响。

2.1能量指标的选择

选用能量指标中具有代表性的保证出力N、多年平均发电量E 和多年平均耗水率μ 作为分析指标，其中，只有分析不同径流过程时采用保证出力N 作为对比的指标；其他水文序列由于径流数据较少，只选用能量指标中的多年平均发电量E 和多年平均耗水率μ 作为对比指标。其中多年平均耗水率μ 的计算公式如下：

式中：Wi为第i 年的年径流量，单位m3；Ei为第i 年的发电量，单位KW·h；n 为该水文序列中的长度。

2.2 能量指标的对比分析

分别对比不同丰枯段的能量指标变化情况，计算结果见表3。

表3 不同丰枯段间能量指标的对比

从表3 可知，枯水段的μ 和E 都普遍低于丰水段，μ 随丰枯段变化上下小幅度波动；E 随Q 的变化呈上升趋势且变化率与Q 相似，而μ 变化规律与Q 没有直接关系。

分别对比不同径流过程的能量指标变化情况，计算结果见表4。

表4 不同径流过程间能量指标的对比

由表4 可知，前枯后丰径流过程的E、N 和μ 都大于前丰后枯径流过程；E、N 随Q 的变化呈上升趋势且变化率均与Q 相近，相对于E 和N，两个径流过程的μ 则相差无几，变化率仅为0.4%。

分别对比不同径流总量等级间的能量指标变化情况，E 和μ 与Q 的相关关系见图1。

由图1 可知，不同径流总量等级间，E 和μ 随径流总量等级的变化呈上升趋势；其中，E 与Q 的变化率相似；相对于E，μ虽然总体呈上升趋势，但变化趋势则缓于E。

分析表明，径流过程的形态对梯级发电量影响不大，梯级发电量主要取决于来水量；对比不同的径流周期，丰水段的水能利用率普遍低于枯水段的水能利用率；对比不同径流过程，前丰后枯径流过程水能利用率相对较高；来水总量越少，水能利用率越高。

图1 E 和μ 与Q 的相关关系图

3 结论

依据梯级能量指标的变化规律，建议梯级水电站在枯水年段注重水头效应，汛期调度在不弃水或少弃水的原则下尽早蓄水，利用高水头发电；丰水年段则注重水能利用的水量效应，在保证年末消落水位的条件下尽可能发电。

本文从径流周期、径流过程和径流总量三个方面划分历史径流序列，解决了能量指标研究中径流序列划分方法单一且缺乏科学依据的问题，通过对比分析得出能量指标变化规律并给出调度建议，对梯级的实际调度有一定的指导意义。