农村水电站的生态流量的核定方法及核定装置
技术领域
本发明涉及水电站的技术领域,具体涉及农村水电站的生态流量的核定方法及核定装置。
背景技术
水电站是将水能转换为电能的综合工程设施。《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)提出,要科学确定生态流量,加强江河湖库水量调度管理,维持河流湖泊生态用水需求,重点保障枯水期生态基流。
目前对中小型水电站的生态流量计算或核定,尤其是农村水电站,尚无明确的方法。
发明内容
为解决上述问题,本申请实施例提供农村水电站的生态流量的核定方法及核定装置,能够有效、准确地核定农村水电站的生态流量。
本申请实施例提供一种农村水电站的生态流量的核定方法,包括:
确定与待核定的农村水电站相对应的参证水文站;
获取所述参证水文站的电站开发类型、电站引水河道的所在区域的层级和取水口所在河流集水面积;
根据所述电站开发类型、电站引水河道的所在区域的层级对生态流量进行初步核定;
根据所述电站开发类型、所述取水口所在河流集水面积对所述初步核定的结果进行调整,得到生态流量值。
相应地,本申请实施例还提供一种农村水电站的生态流量的核定装置,包括:
确定单元,用以确定与待核定的农村水电站相对应的参证水文站;
获取单元,用以获取所述参证水文站的电站开发类型、电站引水河道的所在区域的层级和取水口所在河流集水面积;
初步核定单元,用以根据所述电站开发类型、电站引水河道的所在区域的层级对生态流量进行初步核定;
调整单元,用以根据所述电站开发类型、所述取水口所在河流集水面积对所述初步核定的结果进行调整,得到生态流量值。
本申请实施例的核定方法能够有效、准确地核定农村水电站的生态流量;同时,可解决中小河流生态流量的计算、核定,为合理确定农村水电站生态流量泄放标准,指导农村水电站生态流量核定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的核定方法的流程示意图;
图2是本申请一实施例提供的核定装置的结构示意图。
具体实施方式
以下是本申请实施例的具体实施例,对本申请的技术方案作进一步的描述,但本申请并不限于这些实施例。
在一实施例中,提供了一种农村水电站的生态流量的核定方法。请参阅图1。该核定方法可以包括:
S101,确定与待核定的农村水电站相对应的参证水文站。
作为一种示范性实施例,参证水文站的确定方式可以是采用与电站取水口所在河流同一流域、相近流域或自然地理特征相似的水文站。参证水文站的目的是基于电站取水口所在河流的流量资料无法直接获取的。
S102,获取参证水文站的电站开发类型、电站引水河道的所在区域的层级和取水口所在河流集水面积。
注意,此处“电站开发类型”可以包含坝式(坝后式)、引水或混合式。
注意,此处“电站引水河道的所在区域的层级”可以是将电站取水口所在河流分为四级:区域干流、一级支流、二级支流、三级及以上支流,具体划分可以是根据电站取水口所在河流在区域(县)内的规模、层级以及河流间相互比较。
区域干流的选定原则为区域(县)内河长最长的一条河流。如果区域内还有与区域(县)内最长河流规模相当且该河流在区域(县)内的长度不小于区域(县)内最长河流的60%也选为区域干流,否则可以按长度与区域干流对应的支流定级。
此处,“取水口所在河流集水面积”可以划分为四级:100km2及以上、30(含)~100km2、10(含)~30km2、小于10 km2。
S103,根据电站开发类型、电站引水河道的所在区域的层级对生态流量进行初步核定。
作为一种示范性实施例,“根据电站开发类型、电站引水河道的所在区域的层级对生态流量进行初步核定”可以具体为:
当引水河道属于区域干流的,生态流量的核定采用多年平均流量法;
当引水河道属于一、二级支流的,生态流量的核定采用日平均流量历时法;
当引水河道属于三级及以上支流的,生态流量的核定采用最枯月平均流量法。
即,上述初步核定可以如下表:
上述,“多年平均流量法”被称之为蒙大拿法(Tennant法),其乃取坝址多年平均流量的10%),具体而言,其计算公式为 QUOTE 。上式中 QUOTE 为多年平均流量,可通过中间插值法计算得出。
上述,“日平均流量历时法”,是利用每年的最枯月平均流量进行排频,选择频率为90%的流量作为河流生态流量。根据历年各月平均流量资料系列,选取每年最枯月平均流量,形成最枯月径流系列。要求资料系列年限在30年以上,进行频率分析计算,径流频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型,统计参数采用均值 QUOTE 、变差系数 QUOTE 和偏态系数QUOTE 表示,适线法调整时,在拟合点群趋势的基础上,侧重考虑月平均流量较小年份的点据。频率为90%的流量作为河流生态流量。
上述,“日平均流量历时法” 利用历年各日流量绘制月平均流量历时曲线,选取保证率为95%的流量作为河流生态流量。当设计站址附近有合适的径流参证站时,可按集水面积比例和多年平均降水量比例,缩放移用径流参证站的月平均流量历时曲线。当设计站址附近没有合适的且有代表性的单个径流参证站时,需要在周围较大的范围内多选择几个径流参证站进行区域综合。
需要说明的是,根据水文计算要求,日均流量历时法需要20年以上的流量资料,最枯月平均流量法和多年平均流量法需要30年以上的流量资料。流量资料不足的,可采用本领域技术人员所熟知的插补延长法。
S104,根据电站开发类型、取水口所在河流集水面积对初步核定的结果进行调整,得到生态流量值。
作为一种示范性实施例,“根据电站开发类型、取水口所在河流集水面积对初步核定的结果进行调整,得到生态流量值”可以具体为:
当电站引水口以上集水面积100km2及以上,生态流量核定采用多年平均流量法;
当电站引水口以上的集水面积30~100km2,生态流量核定采用日平均流量历时法;
当电站引水口以上集水面积10~30km2及以上,生态流量核定采用最枯月平均流量法;
当电站引水口以上集水面积小于10km2,生态流量核定采用最枯月平均流量法。
即,上述调整的具体如下:
作为一种示范性实施例, “根据电站开发类型、取水口所在河流集水面积对初步核定的结果进行调整,得到生态流量值”之后,还包括:根据取水口所在河流的特殊生态需求进行再调整。
此处,再调整可以采用多年平均流量法进行。
即,再调整可以如下表的方式进行:
本领域技术人员容易联想到的是,为了对核定的生态流量的数据进行校正,可以对选定的生态流量计算方法计算出的生态流量进行合理性分析,与原生态流量值有差异的进行差异性分析,经过分析核定该电站取水口断面的生态流量值。
为了进一步地呈现本申请上述的核定方式,下面针对几个典型的水文站生态流量的典型例。
黄渡水文站
黄渡水文站位于丽水市莲都区好溪流域中下游,始建于1955年3月,2004-2005年改建,控制流域面积为1270km2,至今已积累了60多年水文观测资料,其中包括水位、流量、泥沙、降水量等。现有1984年~2014年共计31年实测日平均流量资料以及其雨量站实测降水资料。
根据对黄渡水文站1984~2016年33年的实测降水资料统计,黄渡站多年平均降水量1551.7mm,丰水期(4~9月)平均降水量1075.3mm,枯水期(10~3月)平均降水量476.4mm,最大年降水量为2096.5mm(2010年),最小年降水量为1013mm(2011年)。
根据黄渡水文站现有的31年(1984年~2014年)实测流量资料,采用矩法估算参数,P-Ⅲ型适线,经径流频率分析计算,黄渡水文站多年平均流量为35.9m3/s,年径流变差系数Cv值为0.3,偏态系数Cs值为2.0倍Cv值。
本次生态流量计算采用频率为90%的最枯月平均流量法、多年平均流量法、日平均流量历时曲线法等多种方法,经分析比较后确定。3种方法均采取31年径流系列。经计算,各种方法计算的生态流量成果见下表:
黄渡水文站不同方法计算生态流量成果表
莲塘口水文站
莲塘口水文站位于武义县熟溪街道,为钱塘江水系武义江上游的永康江上,控制流域面积为1341km2,1957年设立,2003年停测,有47年水文观测资料,其中包括水位、流量、降水量等。现有1987年~2003年共计17年实测日平均流量资料以及武义站2004年~2017年实测日平均流量资料。
根据对莲塘口水文站1987~2003年17年的实测降水资料统计,莲塘口站多年平均降水量1599.6mm,丰水期(4~9月)平均降水量1061.1mm,枯水期(10~3月)平均降水量538.5mm,最大年降水量为2034.4mm(1989年),最小年降水量为1074.7mm(2003年)。
武义站位于武义江流域莲塘口站下游,流域面积为1701km2,根据流域面积比拟法,将莲塘口水文站径流系列延长至2017年共31年,满足径流频率分析计算要求,经径流频率分析计算,莲塘口水文站多年平均流量为34.1m3/s,年径流变差系数Cv值为0.3,偏态系数Cs值为2.0倍Cv值。
本次生态流量计算采用频率为90%的最枯月平均流量法、多年平均流量法、日平均流量历时曲线法等多种方法,经分析比较后确定。除了流量历时曲线法采用17年实测日平均流量资料外,频率为90%的最枯月平均流量法和多年平均流量法等均采用插补延长后的径流系列。经计算,各种方法计算的生态流量成果见下表:
莲塘口水文站不同方法计算生态流量成果表
曹店水文站
曹店水文站位于永安溪上仙居境内,该站设于1966年,集水面积253km2,自1966年~2000年有流量观测资料。由于曹店水文站径流受人类活动影响较小,流域高程、河道长度等地理参数与设计流域接近,流域下垫面特征与好溪上游流域基本一致,气象及降水特性与好溪上游流域相似,故好溪流域上游电站可选择曹店站作为径流计算的参证站。现有1961年~2012年共计52年实测月平均流量资料。
根据曹店水文站现有的52年(1961年~2012年)实测流量资料,采用矩法估算参数,P-Ⅲ型适线,经径流频率分析计算,曹店水文站多年平均流量为7.06m3/s,年径流变差系数Cv值为0.32,偏态系数Cs值为2.0倍Cv值。
本次生态流量计算采用频率为90%的最枯月平均流量法、多年平均流量法、日平均流量历时曲线法等多种方法,经分析比较后确定。3种方法均采取52年径流系列。经计算,各种方法计算的生态流量成果见下表:
曹店水文站不同方法计算生态流量成果表
沙湾水文站
沙湾水文站位于景宁县小溪水系七里村上游,控制流域面积1156km2。于1933年设站,后因故撤消,1957年1月复建,观测项目有流量、水位、泥沙、雨量、蒸发量等,1994年后,泥沙和流量观测项目撤销,现有1957年~1993年共计37年实测逐日平均流量资料。
沙湾雨量站具有1987年~2017年共31年的实测逐日降水资料,
根据沙湾雨量站实测降水资料计算,其多年平均降水量为1604.7mm,丰水期(4月~9月)平均降水量为1128.9mm,枯水期(10月~3月)平均降水量475.8mm,最大年降水量为2016年的2183.3mm,最小年降水量为1996年的1103.7mm。
沙湾水文站的实测流量资料有37年(1957年~1993年),已满足径流频率分析计算要求,经径流频率分析计算,沙湾水文站多年平均流量为44.8m3/s,年径流变差系数Cv值为0.3,偏态系数Cs值为2.0倍Cv值。
本次生态流量计算采用频率为90%的最枯月平均流量法、多年平均流量法、日平均流量历时曲线法等多种方法,经分析比较后确定。经计算,各种方法计算的生态流量成果见下表:
沙湾水文站不同方法计算生态流量成果表
上包水文站
松阳县上包水文站位于小港下游石仓镇上包村,于1959年自上游原白峰站迁此,集水面积491km2。1959年5月1日开始观测,观测项目有水位、流量、降水量,1994年停止水位和流量观测,现有1959年~1993年共计35年实测流量资料和2001~2017年共17年的降水量资料
根据对上包水文站2001~2017年17年的降水量资料统计,多年平均降水量1679.7mm,丰水期(4~9月)平均降水量1111.4mm,枯水期(10~3月)平均降水量568.3mm最大年降水量为2010年的2298.8mm,最小年降水量为2008年的1309.7mm。
根据上包水文站现实测流量资料,径流系列满足频率分析计算要求,径流频率分析采用矩法估算参数,P-Ⅲ型适线,经计算,上包水文站多年平均流量为15.7m3/s,年径流变差系数Cv值为0.29,偏态系数Cs值为2.5倍Cv值。
本次生态流量计算采用频率为90%的最枯月平均流量法、多年平均流量法、日平均流量历时曲线法等多种方法,经分析比较后确定。经计算,各种方法计算的生态流量成果见下表:
上包水文站不同方法计算生态流量成果表
靖居口水文站
靖居口水文站于1951年5月在堰头设立,1953年3月向上游移10km至靖居口,观测项目有水位、流量、降水量、水面蒸发、泥沙、水温等,水文站控制集水面积1857km²。1960年降水量采用自记,1961年停测输沙率、泥沙颗粒级配,1962年停测水温。2005年后停测流量,保留水位观测至今。现有1959年~2005年共47年实测流量资料系列和2001~2017年共17年的降水量资料。
根据对靖居口水文站2001~2017年17年的降水资料,多年平均降水量1649.1mm,丰水期(4~9月)平均降水量1079.0mm,枯水期(10~3月)平均降水量570.1mm,最大年降水量为2010年的2218.2mm,最小年降水量为2011年的1252.2mm。
根据靖居口水文站现有的47年(1959年~2005年)实测流量资料,其径流系列满足频率分析计算要求,径流频率分析采用矩法估算参数,P-Ⅲ型适线,经计算,靖居口水文站多年平均流量为55.6m3/s,年径流变差系数Cv值为0.30,偏态系数Cs值为2.0倍Cv值。
本次生态流量计算采用频率为90%的最枯月平均流量法、多年平均流量法、日平均流量历时曲线法等多种方法,经分析比较后确定。3种方法均采取47年实测径流系列。经计算,各种方法计算的生态流量成果见下表:
靖居口水文站不同方法计算生态流量成果表
钟埂水文站
遂昌县独山水文站建于1957年12月25日,1958年1月1日开始观测,站址设在蔡溪公社独山村对岸。1979年因湖南镇水库建成,水库回水顶托影响水文观测,经浙江省水文总站批准,同年迁址到上游约5km的钟埂站,改称钟埂水文站,钟埂水文站控制流域面积710km2。流域内或邻近流域雨量观测点有官岩、外龙口、石坑口等雨量站。钟埂水文站于1993年后停测,现有1979年~1993年共计15年实测日平均流量资料以及4个雨量站实测降水资料。
根据对钟埂水文站1952~1990年39年的实测降水资料统计,钟埂站多年平均降水量1600.7mm,丰水期(4~9月)平均降水量1145.6mm,枯水期(10~3月)平均降水量455.1mm,最大年降水量为2333.9mm(1975年),最小年降水量为1083.9mm(1970年)。
由于钟埂水文站的实测流量资料只有15年,采用降雨径流相关法延长径流系列。经插补延长后,钟埂水文站径流系列共38年(1979年~2016年),满足径流频率分析计算要求,经径流频率分析计算,钟埂水文站多年平均流量为27.0m3/s,年径流变差系数Cv值为0.3,偏态系数Cs值为2.0倍Cv值。
本次生态流量计算采用频率为90%的最枯月平均流量法、多年平均流量法、日平均流量历时曲线法等多种方法,经分析比较后确定。除了流量历时曲线法采用15年实测日平均流量资料外,频率为90%的最枯月平均流量法和多年平均流量法等均采用插补延长后的径流系列。经计算,各种方法计算的生态流量成果见下表:
钟埂水文站不同方法计算生态流量成果表
龙口水文站
龙口水文站建于1979年12月,设在云峰镇龙口村。龙口水文站控制流域面积77.4km2。流域内或邻近流域雨量观测点有长溪滩、铜锣坞、龙井下、八门岗、治岭头、新路湾、垵口、三井、北界等雨量站。龙口水文站于1997年后停测,现有1980年~1997年共计18年实测日平均流量资料以及10个雨量站实测降水资料。
根据对龙口水文站1980~2016年共计37年的实测降水资料统计,多年平均降水量1555.4mm,丰水期(4~9月)降水量1067.1mm,枯水期(10~3月)平均降水量488.3mm,最大年降水量为2115.5mm(2010年),最小年降水量为1056.6mm(2007年)。
由于龙口水文站的实测流量资料只有18年,采用降雨径流相关法延长径流系列。经插补延长后,龙口水文站径流系列共37年(1980年~2016年),满足径流频率分析计算要求,经径流频率分析计算,龙口水文站多年平均流量为2.46m3/s,年径流变差系数Cv值为0.25,偏态系数Cs值为2.0倍Cv值。
本次生态流量计算采用频率为90%的最枯月平均流量法、多年平均流量法、日平均流量历时曲线等多种方法,经分析比较后确定。除了流量历时曲线法采用18年实测日平均流量资料外,频率为90%的最枯月平均流量法和多年平均流量法等均采用插补延长后的径流系列。经计算,各种方法计算的生态流量成果见下表:
龙口水文站不同方法计算生态流量成果表
沈村水文站
云和县沈村水文站建于1959年6月,1960年开始观测,站址设在云和县沈村村头,云坛溪支流沈溪右岸。沈村水文站控制流域面积31.3km2,有1961年~1982年实测流量资料,沈村水文站1983年撤消。云和县境内有竹坑水文站和赤石、杨梅砻、竹坑、云和、徐湖、金山下6个雨量站。沈村水文站现有1961年~1982年共计22年实测日平均流量资料以及6个雨量站实测降水资料。竹坑水文站只有2年实测流量资料,徐湖雨量站2013年4月设立,金山下雨量站2006年3月设立,所测降水资料系列较短暂不采用。
根据对沈村水文站1961~1990年30年的实测降水资料统计,沈村站多年平均降水量1546.4mm,丰水期(4~9月)降水量1108.4mm,枯水期(10~3月)平均降水量438.0mm,最大年降水量为2175.4mm(1975年),最小年降水量为1140.9mm(1979年)。
由于沈村水文站的实测流量资料只有22年,采用降雨径流相关法延长径流系列。经插补延长后,沈村水文站径流系列共30年(1961年~1990年),满足径流频率分析计算要求,经径流频率分析计算,沈村水文站多年平均流量为0.789m3/s,年径流变差系数Cv值为0.30,偏态系数Cs值为2.0倍Cv值。
本次生态流量计算采用频率为90%的最枯月平均流量法、多年平均流量法、日平均流量历时曲线等多种方法,经分析比较后确定。除了流量历时曲线法采用22年实测日平均流量资料外,频率为90%的最枯月平均流量法和多年平均流量法等均采用插补延长后的径流系列。经计算,各种方法计算的生态流量成果见下表:
沈村水文站不同方法计算生态流量成果表
西坑水文站
西坑站位于文成县西坑乡西坑,东经119°56′00″,北纬27°51′00″。控制流域面积58.1km2,测站以上干流长度15km,干流平均比降为57.7‰,西坑溪流域平均宽度447km,拥有1981~1996年共计16年的实测流量资料。
西坑水文站地处我省东南沿海,属亚热带季风气候区,全年季节变化明显,以温和、湿润、多雨为主要气候特征。流域内气候温和湿润、光照充足、雨量丰沛。多年平均年降水量时空分布不匀,时间上不仅年际变化较大,而且年内分配也很不匀。西坑水文站流域面雨量由垟埔山、从头、塘塆、西坑等四座雨量站,按泰森多边形法计算得到。垟埔山、从头、塘塆、西坑站在流域内控制的权重分别为0.22、0.33、0.27、0.18。除西坑站雨量观测一直延续至今外,垟埔山、从头、塘塆三站均于1996年初停测,故实测雨量系列长度为1981年~1995年,经计算,流域多年平均年降水量为1890mm。
由于西坑水文站的实测流量资料只有16年,采用降雨径流相关法延长径流系列。经插补延长后,西坑水文站径流系列共31年(1981年~2011年),满足径流频率分析计算要求,经径流频率分析计算,西坑水文站多年平均流量为2.39m3/s,年径流变差系数Cv值为0.26,偏态系数Cs值为2.0倍Cv值。
本次生态流量计算采用频率为90%的最枯月平均流量法、多年平均流量法、日平均流量历时曲线法等多种方法,经分析比较后确定。除了流量历时曲线法采用16年实测日平均流量资料外,频率为90%的最枯月平均流量法和多年平均流量法均采用插补延长后的径流系列。经计算,各种方法计算的生态流量成果见下表:
西坑水文站不同方法计算生态流量成果表
配套地,介绍对依照本申请的核定方法所得到的生态流量后期监测的方式。
生态流量监测方式的确定
生态流量监测方式的确定分两步:第一步根据泄放设施有无节制及通讯网络覆盖初步确定生态流量监测方式;第二步根据装机规模、生态泄水口所在河流的层级、电站取水口所在河流坝址以上集水面积以及是否有特殊监测要求等调整为实时流量监测。
首先,初步确定
|
有通讯网络覆盖 |
无通讯网络覆盖 |
泄放设施无节制 |
动态视频定送 |
静态图像抽检 |
泄放设施有节制 |
实时流量监测 |
静态图像抽检 |
其次,调整
对于采用动态视频定送且满足下列条件之一的,调整为实时流量监测:
电站装机容量5000kW及以上的;
生态泄水口所在河流处在一级支流及以上的;
电站取水口所在河流坝址以上集水面积100km2及以上的;
生态泄水口所在河流有特殊监测要求的。
图2是根据本申请一示例性实施例提供的农村水电站的生态流量的核定装置的结构示意图。该核定装置可以包括:
确定单元201,用以确定与待核定的农村水电站相对应的参证水文站;
获取单元202,用以获取参证水文站的电站开发类型、电站引水河道的所在区域的层级和取水口所在河流集水面积;
初步核定单元203,用以根据电站开发类型、电站引水河道的所在区域的层级对生态流量进行初步核定;
调整单元204,用以根据电站开发类型、取水口所在河流集水面积对初步核定的结果进行调整,得到生态流量值。
作为一个优选的示范例,还包括:再调整单元205,用以根据取水口所在河流的
特殊生态需求进行再调整。
不难发现,本申请的核定装置为上述核定方法相对应,本申请实施例的核定装置可以与核定方法相关的实施例互相配合实施。核定装置相关实施例中提到的相关技术细节在本申请核定装置的实施例中依然有效,为了减少重复,这里不再赘述。相应地,本实施例中提到的相关技术细节也可应用在核定方法的相关实施例中。
为了更好地地实施以上方法,本发明实施例还提供一种存储介质,该存储介质存储有指令,所述指令被处理器执行时实现如上述方法的步骤。
在一个典型的配置中,计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器,随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式,如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括,但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM),动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带,磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质,可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定,计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media),如调制的数据信号和载波。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本申请精神作举例说明。本申请所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本申请的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。