水利工程論文-佳木斯發(fā)電廠取水口斷面來水量分析計(jì)算摘要：對所依據(jù)的設(shè)計(jì)站年徑流資料進(jìn)行一致性審查和代表性分析，在此基礎(chǔ)上采用實(shí)測最小流量頻率分析法、還原扣除法和流量歷時(shí)綜合曲線法推求代表站設(shè)計(jì)年最小流量。根據(jù)設(shè)計(jì)代表站、取水口位置和區(qū)間情況，采用水均衡法分析計(jì)算取水口斷面設(shè)計(jì)年最小流量。關(guān)鍵詞：電廠取水口設(shè)計(jì)年最小流量頻率分析1概況1.1電廠取水口位置及設(shè)計(jì)取水量為更好地適應(yīng)東北地區(qū)乃至華北地區(qū)電力負(fù)荷不斷增長的需要，滿足佳木斯中心區(qū)和佳東區(qū)域近遠(yuǎn)期集中供熱需求，佳木斯市熱電廠有限責(zé)任公司規(guī)劃建設(shè)2300MW機(jī)組供熱擴(kuò)建工程。項(xiàng)目性質(zhì)為供熱擴(kuò)建工程，屬熱電聯(lián)產(chǎn)、電熱結(jié)合的大型發(fā)電廠，計(jì)劃裝機(jī)容量600MW，供熱面積1231104m2，年發(fā)電量33108KW.h。電廠設(shè)計(jì)年取水量為2.83108m3，平均取水流量為8.9m3/s，供水保證率為97%，初選供水水源為松花江地表水，取水口位于佳木斯市城區(qū)東北部的松花江干流上。1.2流域概況1.2.1自然地理電廠取水口位于松花江流域下游。松花江流域位于東經(jīng)1195213231、北緯41425148之間，東西長2309km，南北寬1070km，流域面積55.68104km2。松花江有南北兩源，南源第二松花江發(fā)源于吉林省長白天池，北源嫩江發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山中段南側(cè)，兩源于三岔河附近匯合向東而流始稱松花江。松花江流經(jīng)黑龍江、吉林兩省和內(nèi)蒙古自治區(qū)，在同江縣附近匯入黑龍江，從嫩江源頭計(jì)算，松花江總長2308km。松花江流域西部為大興安嶺，海撥高程7001700m；北部為小興安嶺，海撥高程為10002000m；東部和東南部為完達(dá)山脈和長白山脈，海撥高程2002700m；西南部的丘陵區(qū)地帶是松花江與遼河兩流域的分水嶺，海撥高程140250m；中部是松嫩平原，海撥高程50200m，是本流域的主要農(nóng)業(yè)區(qū)。流域內(nèi)山區(qū)面積23.79104km2，占流域面積的42.7%；丘陵面積16.2104km2，占流域面積的29.1%；平原面積15.23104km2，占流域面積的27.4%；其它面積占流域面積的0.8%。1.2.2徑流特征松花江流域河川徑流主要由降水形成，徑流的地區(qū)分布不均勻。高值區(qū)多年平均徑流深200500mm，長白山脈天池附近高達(dá)600mm。徑流低值區(qū)多年平均徑流深小于150mm，嫩江中下游平原地區(qū)年徑流深小于25mm。徑流年際變化大，并存在明顯的豐枯變化周期。流域諸河年徑流變差系數(shù)Cv值在0.201.0之間變化，松嫩平原高值區(qū)Cv值達(dá)0.911.0，三江平原Cv值達(dá)0.710.80左右，第二松花江上游低值區(qū)Cv值在0.200.25之間。徑流年際變化存在連豐連枯、豐枯交替變化的特點(diǎn)，據(jù)哈爾濱長系列徑流資料分析，其徑流有明顯的豐枯水周期，18981928年為枯水期，19291967年為豐水期，19681982年為枯水期，1983年以來又進(jìn)入了豐水期。徑流的年內(nèi)分配極不均勻，夏季汛期69月徑流量可占全年徑流量的7080%，其中7、8兩月占50%左右；春溉期56月，徑流占全年的1030%；封凍期長約56個(gè)月，徑流不足全年的20%。1.2.3水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀（1）供水量松花江流域現(xiàn)狀供水總量為374.06108m3，其中地表水工程供水量為218.38108m3，占總供水量的58.38%；地下水工程供水量155.68108m3，占供水總量的41.62%。按工程類別供水分別統(tǒng)計(jì)，蓄水工程供水54.11108m3，引水工程供水65.69108m3，提水工程供水98.58108m3，地下水工程供水155.68108m3。各工程供水量占供水總量的百分比分別為14.47%、17.56%、26.35%和41.62%。（2）用水量松花江流域現(xiàn)狀用水總量373.85108m3。按用戶類別用水分別統(tǒng)計(jì)，農(nóng)田灌溉用水量為255.23108m3，占用水總量的68.27%；工業(yè)用水量為83.91108m3，占用水總量的22.45%；林牧漁業(yè)用水量為14.39108m3，占用水總量的3.85%；生活用水量為20.32108m3，占用水總量的5.44%。2水文基本資料2.1設(shè)計(jì)站的選擇根據(jù)取水口斷面位置和松花江干流水文站分布情況，選擇佳木斯水文站為設(shè)計(jì)代表站，選擇哈爾濱水文站為設(shè)計(jì)參證站。佳木斯站位于電廠取水口上游4.3km處，控制流域面積528277km2，是松花江下游把口站。本站于1934年設(shè)立為水位站，1945年抗戰(zhàn)勝利后停測，1949年恢復(fù)為水位站，1953年擴(kuò)建為水文站。水文站測驗(yàn)斷面位于綏佳線松花江鐵路橋下800m處，河段順直長度1000m，河床穩(wěn)定，水流集中，河床由細(xì)砂組成，左右岸均有堤防控制，河槽控制條件良好，斷面歷年沖淤變化不大，水位流量關(guān)系穩(wěn)定。流量測驗(yàn)以流速儀法為主，測次分布均勻，整編成果可靠。哈爾濱站位于佳木斯站上游哈爾濱市，地處松花江干流中上游，是第二松花江和嫩江匯合后的主要控制站，控制流域面積389769km2。本站于1898年設(shè)立為水位站，1953年擴(kuò)建為水文站。鑒于哈爾濱站建站時(shí)間較長，經(jīng)歷次水資源評價(jià)、水資源規(guī)劃插補(bǔ)延長后具有1898年至今完整的長系列徑流資料，故選擇此站為設(shè)計(jì)參證站。2.2資料的一致性審查人類活動(dòng)對徑流一致性的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，河道外引用消耗的水量不斷增加，直接造成河川徑流量的減少，水文站實(shí)測徑流已不能代表天然情況；第二，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)改變了流域的下墊面條件，導(dǎo)致入滲、徑流、蒸散發(fā)等水平衡要素的變化，從而造成產(chǎn)流量的減少或增加。河道外用水消耗量一般采用徑流還原計(jì)算的方法還原回來。下墊面的變化對徑流的影響是一個(gè)漸變過程，影響因素非常復(fù)雜，難以逐年做出定量的估計(jì)。通常的做法是：在單站徑流還原的基礎(chǔ)上，點(diǎn)繪年降水量與天然年徑流深相關(guān)圖，通過分析同量級降水條件下徑流是否明顯增加或減少來分析系列一致性的好壞。2.2.1徑流還原計(jì)算本次設(shè)計(jì)參證站和設(shè)計(jì)代表站天然徑流資料均采用歷次水資源評價(jià)和水資源規(guī)劃還原計(jì)算成果。哈爾濱站，18981956年采用全省第一次水資源評價(jià)插補(bǔ)延長及還原計(jì)算成果，19562000年為全省水資源綜合規(guī)劃還原計(jì)算初步成果。佳木斯站19562000年為全省水資源綜合規(guī)劃還原計(jì)算初步成果，19531955年為佳木斯市地下水開發(fā)利用規(guī)劃還原計(jì)算成果。2.2.2系列一致性分析在分析下墊面條件變化對徑流形成的影響方面，黑龍江省水文局點(diǎn)繪了松花江各支流代表站的年降水徑流相關(guān)圖，在降水徑流相關(guān)圖中，單站不同時(shí)期的徑流深點(diǎn)據(jù)呈帶狀粘合在一起，同量級降水條件下徑流深沒有明顯增大或減少現(xiàn)象，說明下墊面條件變化對流域徑流形成的一致性影響不大。哈爾濱站和佳木斯站控制流域面積過大，不能采用上述方法，本文通過繪制年徑流單累積曲線和F檢驗(yàn)對徑流系列的一致性進(jìn)行審查。（1）徑流單累積曲線分析點(diǎn)繪哈爾濱站和佳木斯站年徑流單累積曲線，見圖1。由圖1可見，徑流單累積曲線基本光滑，曲線斜率沒有突變現(xiàn)象，可認(rèn)為徑流還原計(jì)算精度較高，下墊面變化情況下的年徑流系列一致性較好。圖1哈爾濱站及佳木斯站年平均流量累積曲線（2）F檢驗(yàn)F檢驗(yàn)法是統(tǒng)計(jì)分析方法中判斷不同時(shí)間兩個(gè)樣本是否取樣于同一總體或是否具有顯著時(shí)的常用方法。根據(jù)引起流域下墊面變化的水利工程建設(shè)、其他人類活動(dòng)影響情況及水資源開發(fā)利用水平，將哈爾濱站及佳木斯站年徑流系列分別劃分為1980年以前（n1）與1980年以后（n2）兩組樣本，然后用F檢驗(yàn)法確定兩組樣是否具有顯著的差別。檢驗(yàn)結(jié)果如表1。表1徑流系列F檢驗(yàn)（雙側(cè)檢驗(yàn)）分析成果表項(xiàng)目哈爾濱站佳木斯站樣本長度n1樣本長度n283202820樣本方差S12樣本方差S22234162260004484023424202自由度f1自由度f219822719統(tǒng)計(jì)量F1.111.141顯著性水平0.050.05臨界值F/2（f1，f2）1.902.42檢驗(yàn)結(jié)論FF/2（f1，f2），兩樣本無顯著性差異2.3系列代表性分析松花江干流年徑流系列代表性問題，以往的水資源評價(jià)和水資源規(guī)劃多次做過分析，結(jié)論為19511982年32年系列具有較好的代表性，本次補(bǔ)充了1983年以來徑流系列，采用周期分析、累計(jì)平均分析和長短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對比等方法，重點(diǎn)對松花江干流19531982年和19532000年徑流系列的代表性進(jìn)行簡要分析。（1）周期分析繪制哈爾濱站（18982000年）103年長系列和佳木斯站（19532000年）48年短系列年徑流模比系數(shù)差積曲線，見圖2。圖2哈爾濱站及佳木斯站年徑流差積曲線從差積曲線圖上可以看出，松花江干流年徑流上下游同步性好，周期變化規(guī)律明顯，具有連豐連枯、豐枯交替和枯水段持續(xù)長等特點(diǎn)。進(jìn)一步分析19532000年短系列差積曲線，19531964年為連續(xù)豐水年組，19641973年為平水偏枯年組，19741982年為連續(xù)枯水年組，19832000年又為連續(xù)豐水年組，整個(gè)系列豐水年組偏多，年徑流系列代表性較差。而19531982年系列為一個(gè)完整的豐、平、枯變化周期，其中豐水年11年，平水年10年，枯水年9年，分布較均勻，系列有較好的代表性。（2）累計(jì)平均分析繪制哈爾濱站年徑流模比系數(shù)累積平均過程曲線，見圖3。圖3哈爾濱站年徑流累積平均曲線由累積平均過程曲線圖可知，19532000年48年和19531982年30年短系列累積平均值都大于1，說明任何一個(gè)短系列均值均大于長系列均值，但30年短系列累積平均值變化較48年短系列更為穩(wěn)定，30年系列代表性優(yōu)于48年系列。（3）長短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)選擇哈爾濱站為參證站，分別計(jì)算長短系列年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)，見表2。表2哈爾濱站年徑流系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算成果表系列系列年數(shù)流量均值（m3/s）Cv短系列Cv/長系列Cv短系列均值/長系列均值1898200010312600.441.0001.000189819828511900.441.0000.944192819825513500.380.8641.071193520006614000.340.7731.111193519824813200.340.7731.048195320004814600.360.8181.159195319823013600.370.8411.079注：Cs/Cv=2.0由上表可見，19532000年48年和19531982年30年短系列Cv值相差不大，且均小于103年長系列Cv值，短系列從30年延長到48年后并不提高Cv值的代表性。從均值來看，48年系列由于1983年以來松花江流域又進(jìn)入了豐水期，來水偏豐，代表性較差；而30年系列雖然年數(shù)較少，但其均值與19281982年55年系列均值非常接近，基本代表了60年代以來的徑流變化特征，可認(rèn)為19531982年30年系列具有較好的代表性。（4）代表性分析結(jié)論綜合以上分析，松花江干流19531982年30年徑流系列，包括完整的豐、平、枯水周期，統(tǒng)計(jì)參數(shù)代表性較好，歷次規(guī)劃均推薦此系列為年徑流設(shè)計(jì)依據(jù)，故本次采用佳木斯站19531982年30年資料作為年徑流設(shè)計(jì)系列。3水文站設(shè)計(jì)年徑流和最小徑流3.1設(shè)計(jì)年徑流根據(jù)佳木斯水文站19531982年30年天然徑流資料，統(tǒng)計(jì)年平均流量系列。對年平均流量系列進(jìn)行了頻率分析，采用矩法初估統(tǒng)計(jì)參數(shù)，按P型理論曲線適線，確定均值和Cv值，Cs值取2Cv，適線后統(tǒng)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)值見表3。表3佳木斯站設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算成果表項(xiàng)目均值(m3/s)CvCs/Cv設(shè)計(jì)值（m3/s）90%95%97%99%年平均流量22500.342.01340116010408573.2設(shè)計(jì)年內(nèi)分配熱電廠供熱與發(fā)電供水保證率均為97%。保證率97%的設(shè)計(jì)年平均流量為1040m3/s，其年內(nèi)分配可選擇與佳木斯站年徑流相近且枯季來水量分配對供水較為不利的1977年作為設(shè)計(jì)典型年，設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配按同倍比法進(jìn)行計(jì)算。成果表詳見表4。表4佳木斯站設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配成果表(單位：m3/s)123456789101112全年9070290860