桃源水電站水庫預報預泄方式研究

姚 珧

（湖南省水利水電職業技術學院 長沙市 410131）

王東輝

（中南勘測設計研究院 長沙市 410014）

1 桃源水電站運行方式初擬

桃源水電站為低水頭徑流式電站，位于沅水桃源河段，是沅水干流最末一個水電開發梯級。桃源水電站上游距凌津灘水電站38.2 km，下游距桃源縣延溪河口約1.6 km，壩址緊臨桃源縣城，左、右岸分別為桃源縣漳江垸和潯陽垸。桃源水電站淹沒影響范圍涉及桃源縣6個鄉鎮的56個村。

桃源水電站正常蓄水位為39.50 m，正常蓄水位相應的庫容為1.28億m3。工程開發任務以發電為主，兼顧航運、旅游等綜合利用。為合理利用水資源并盡量減小對庫區淹沒影響，應制定合理可行的樞紐預泄方案，及時騰庫降低庫水位，以控制庫區回水并避免引發下游人為洪水災害，減少庫區淹沒影響范圍。桃源水電站按最小發電水頭2 m擬定了停機流量，當入庫流量小于停機流量時，水庫維持正常蓄水位發電運行，當入庫流量大于停機流量時，電站機組停止發電，樞紐采用預報預泄的方式控制泄流，入庫流量全部通過泄洪閘下泄，直至完全恢復天然河道。

桃源水庫回蓄方式以保證水庫回蓄過程中不增加庫區臨時淹沒為原則，當洪水處于退水過程，且同時滿足以下兩個條件時，水庫關閘蓄水：

（1）桃源壩址流量小于各正常蓄水位方案的停機流量。

（2）通過五強溪水庫洪水預報，桃源10 h之內及后期的入庫流量不會超過各正常蓄水位方案的停機流量。

2 上游流域測報系統水文站網狀況及測報范圍

桃源水電站上游的五強溪、凌津灘和竹園水電站分別建設了水情測報系統。五強溪水電站水情測報系統于1995年投入運行，2004年3月完成系統改造。目前系統規模為1個中心站、4個中繼站、53個遙測站，以超短波通信方式為主，GSM為備用通道雙信道通信組網方式，測報范圍為安江、鳳灘～五強溪區間流域，控制五強溪水庫壩址以上流域面積24 858 km2。凌津灘系統采用VHF數字通信組網方式，自報式工作體制，系統規模為1個中心站、2個中繼站、7個遙測站組成。測報范圍為五強溪～凌津灘區間流域，面積1 300 km2。竹園水庫水情自動測報系統的測報區域為壩址以上流域，測報面積700 km2，系統規模為1個中心站，1個中繼站，9個遙測站，系統采用超短波通信組網，自報式工作體制。

五強溪～桃源壩址區間主要的水文站是王家河站，位于五強溪到凌津灘之間的干流上，控制流域面積84 500 km2，自1956年起有水位流量觀測雨量資料，1997年上遷至五強溪鎮喬子坪改為五強溪（二）站。五強溪、凌津灘工程水情自動測報系統建成后，在五強溪壩下、凌津灘壩上及壩下、竹園水庫壩上設立了自動水位雨量站，在三望坡、龍潭水、牛車河設立了自動雨量站。

桃源水電站干流上游的五強溪是沅水干流大型控制性工程，具有良好的調節性能；凌津灘水電站為五強溪的反調節水庫，兩電站完善的洪水預報系統為桃源水電站進行洪水預報預泄創造了有利條件。由于凌津灘水電站調節能力較差，而五強溪水庫具有季調節性能，壩址控制集雨面積占沅水全流域面積的93%，為沅水下游干流控制性水庫工程，因此，桃源水電站預報預泄研究以五強溪為依據站。

3 洪水預見期分析

桃源水庫預報預泄時間根據五強溪水庫的洪水預見期及五強溪到桃源壩址的洪水傳播時間綜合確定。

五強溪（二）站、凌津灘水情自動測報系統的壩下水位站均與桃源水文站具有較長時間的同步洪水資料，可據此分析五強溪～桃源、凌津灘～桃源的洪水傳播時間。根據實測資料初步分析，常規情況下，五強溪～桃源洪水傳播時間約（6～9）h，特大洪水或干流與下游區間洪水遭遇惡劣的情況下則洪水傳播時間小于6 h；凌津灘～桃源洪水傳播時間約（3～6）h。

五強溪～桃源區間流域略呈蝴蝶形，夷望溪和大洑溪兩翼占據了大部分流域面積，測報區域形心大致位于夷望溪匯入干流的凌津灘之上的興隆街附近，距壩址的河道距離約48 km，根據經驗并結合已有資料分析，考慮區間流域匯流時間，區間降雨洪水到達流域出口（桃源）時間（9～12）h。如果降雨集中在流域上游，則傳播時間可達12 h，降雨在下游或大洪水，則傳播時間小于9 h。

從洪水組成分析結果看，桃源壩址或入庫洪水主要取決于五強溪的出庫流量。因此，以五強溪（二）水文站為上游根據站，桃源洪水預報的有效預見期（6～9）h；對于較小洪水，以凌津灘壩下水文站為上游根據站，桃源洪水預報的有效預見期（3～6）h。

4 洪水典型分析

壩址至上游凌津灘水電站屬沖積平原與丘陵地貌過渡區域，凌津灘壩址以上為山區、丘陵區地貌，以上流域面積占桃源水電站壩址以上流域面積的98.9%，故本工程洪水標準按山區、丘陵區水電樞紐考慮。泄洪閘、河床式廠房及通航建筑物擋水部分正常運用洪水重現期為50年，非常運用洪水重現期為500年；土石副壩正常運用洪水重現期為50年，非常運用洪水重現期為1 000年。

考慮上游五強溪水電站的調蓄影響，桃源水電站壩址不同頻率組合洪水洪峰流量見表1。

表1 桃源壩址各頻率洪峰流量成果表

據調查，本工程需搬遷安置人口共36人，全部集中在雙洲洲頭部位，屬樞紐工程建設區，桃源水庫庫區僅涉及土地淹沒補償，因此，桃源水電站水庫預報預泄研究按考慮五強溪水庫調蓄的桃源壩址2年一遇組合洪水進行。通過五強溪入庫洪水的調節計算，將五強溪下泄洪水流量與五強溪至桃源區間洪水疊加，得到桃源壩址2年一遇組合洪水。洪水典型選用以沅陵至桃源區間來水為主的1969年典型和以上游來水為主的1970年典型（圖1）。

圖1 桃源壩址p=50%各典型組合洪水過程線

桃源壩址兩個典型設計洪水與桃源水文站近年來歷次實測洪水過程對比見圖2。分析歷次實測洪水的漲水過程可見，當流量超過桃源正常蓄水位相應停機流量的漲率均低于1969年和1970年典型的設計洪水，即相對桃源水庫預泄過程而言，兩個典型洪水的入庫流量較實測洪水更大，庫水位降低速度慢，相應壩前水位更高，桃源水庫回水位更高。因此，兩個典型的設計洪水較歷次實測洪水過程惡劣，從偏安全考慮，本次采用1969和1970年兩個典型設計洪水進行桃源水庫預泄方式研究。

圖2 桃源壩址典型洪水與桃源站實測洪水過程線對比圖

5 水庫預泄方式研究

隨著洞庭湖一、二期治理工程的完成，沅水尾閭河道現狀安全泄量由20 000 m3/s提高到23 000 m3/s。從總體防洪能力來看，天然情況下沅水尾閭地區堤調度方式如下：

表2 桃源水電站樞紐預報預泄調度過程表(1969年典型)

表3 桃源水電站樞紐預報預泄調度過程表(1970年典型)

當桃源入庫流量接近擬定的停機流量時，水庫開始加大流量預泄。為盡快騰空水庫并避免壩址下游形成人為洪水災害，控制預泄流量均采用11000 m3/s，低于桃源壩址10 h后的預報流量。樞紐控泄5 h后防防洪標準約為5年～8年一遇，考慮五強溪水庫及風灘水庫的削峰作用，尾閭地區防洪標準可提高到20年一遇。桃源縣城所在的漳江垸下游河段各堤垸警戒水位均高于39.025 m；漳江垸上游各堤垸警戒水位均高于40.525 m，從桃源壩址上、下游河道的防洪情勢分析，本河段相應警戒水位的流量估算為15 000 m3/s左右。而樞紐在正常蓄水位運行時的泄流能力介于（13 000～14 000）m3/s之間，因此，桃源水電站的預泄流量應小于13 000 m3/s。

分析1969年典型和1970典型的桃源壩址2年一遇組合洪水過程線，為保證壩址下游不形成人為洪水并盡快騰空水庫庫容，桃源水電站預泄過程中的控泄流量按11 000 m3/s計，正常蓄水位39.50 m工況下兩種典型洪水的預泄過程見表2、表3。

由表2及表3分析，桃源水電站樞紐預報預泄即進入敞泄狀態，閘門全部開啟，按泄流能力泄洪，6 h左右河道完全恢復天然狀態，預泄過程完成。

6 結語

桃源水庫為合理利用水資源并盡量減小對庫區淹沒影響，利用上游水情測報系統較完善的有利條件，采用洪水預報預泄的方式宣泄洪水，既滿足電站發電運行要求，又有效降低了水庫回水位，減小了庫區淹沒損失。

1 DLT 5015-1996.水利水電工程動能設計規范[S].

2 SD 138-85.水文情報預報規范[S].

3葛守西.現代洪水預報技術[M].北京：中國水利水電出版社，2002.