[发明专利]一种多沙河流抽水蓄能电站过机泥沙通量的确定方法

说明书

本发明公开了一种多沙河流抽水蓄能电站过机泥沙通量的确定方法，该方法通过建立平面二维非恒定流水沙数学模型，模拟计算得到抽水蓄能电站运行过程中每年的库区地形。在每年库区地形基础上，采用水沙数学模型建立入库含沙量和抽水时取水口含沙量之间的关系。采用理论分析建立抽水蓄能电站蓄水库的含沙量变化模型，并建立发电时取水口含沙量与抽水时取水口含沙量的关系。根据抽水蓄能电站过机泥沙通量的定义，结合上述两关系式，综合建立抽水蓄能电站过机泥沙通量的计算方法，采用该方法可以确定抽水蓄能电站的过机泥沙通量，为抽水蓄能电站水轮机型号的选择、抽水发电过程中的泥沙的促淤措施的制定以及抽水时机的选择提供依据。

技术领域

本发明涉及一种水库泥沙的计算方法，特别是涉及一种多沙河流抽水蓄能电站过机泥沙通量的确定方法。

背景技术

电力的生产、输送和使用是同时发生的，难以储存。日常生活中用电量一般存在着峰、谷差异，如：白天时用电量大，子夜后用电量小。用电负荷的不同导致发电设备在用电高峰时需满发，在用电低谷时需减少发电机组，给电网的安全、经济、稳定带来负面影响。因此，需要采取一系列的措施减少用电峰谷差异带来的影响。抽水蓄能电站就是为了解决电网高峰、低谷之间供需矛盾的重要工程措施，其工作原理是：在用电低谷期，采用水泵水轮机将水库的水抽到高处的蓄水库，抽水所用的电量为超发的电量；在用电峰值期，则用蓄水库的水发电，该过程类似于将电能储存起来，对解决电网调峰填谷、调频调相有重要的作用。

近年来，一批抽水蓄能电站在我国各地相继兴修，以实现改善电网的运行状况的目标。抽水蓄能电站的水头一般都很高，通过电站水轮机的水流流速很大，水流中携带泥沙，水流和泥沙共同作用于水轮机，对水轮机产生巨大的破坏作用，因而抽水蓄能电站对过机泥沙控制的要求特别高。过机泥沙通量的大小是多沙河流抽水蓄能电站设计和控制运用的关键参数。它涉及到抽水蓄能电站水轮机型号的选择、抽水发电过程中泥沙的促淤措施的制定以及抽水时机的选择。

过机泥沙通量是指在抽水过程中的过机沙量与发电过程中的过机沙量的总和。在设计抽水蓄能电站时就要对过机泥沙的质和量有比较准确的预报，笔者曾采用物理模型试验方法建立了入库含沙量和过机泥沙的关系，该方法预测效果较好，可为水轮机的选取提供参考，但预测过程中需要建立物理模型试验，较为复杂，需要花费较多的人力物力。此外，也有科技工作者采用一维恒定流数学模型模拟预测抽水时的过机含沙量以及含沙量的级配，事实上抽水蓄能电站在抽水过程具有明显的非恒定性，沿程的流量并非恒定，若采用恒定流计算，难以反映水库的非恒定变化状态。一维数学模型只能给出河道断面的平均含沙量、平均流量，无法给出取水口附近的含沙量，采用一维水沙数学模型确定取水口含沙量存在理论上的不足。数学模型研究抽水蓄能电站过机泥沙还存在另一难点，当水体由水库抽到高处的蓄水库，水体中含有泥沙，经过一段时间后部分泥沙会逐渐沉降，水体中的含沙量将减少，如何确定蓄水库发电时的含沙量目前尚无较好的计算方法。现有的过机泥沙量主要物理模型来确定，但物模的研究费用和研究周期都较长，并且抽水蓄能电站修建后难以实时预测实际的过机泥沙量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种多沙河流抽水蓄能电站过机泥沙通量的确定方法，考虑水库运用过程中库区地形的变化，建立抽水时取水口含沙量与入库含沙量的关系，以及发电时取水口含沙量与抽水时取水口含沙量的关系，提出了预测过机泥沙通量的一种简单可行的方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种多沙河流抽水蓄能电站过机泥沙通量的确定方法，包括如下步骤：

步骤1，建立抽水蓄能电站库区平面二维非恒定流水沙数学模型，对该数学模型进行验证，使验证结果满足精度要求；

步骤2，确定步骤1数学模型计算的边界条件，利用数学模型模拟计算水库运用不同年份后的水库地形；根据不同年份的水库地形，采用数学模型模拟分析不同频率洪水作用下水库的水流、泥沙运动过程，并记录入库含沙量、抽水时取水口含沙量；