湖北碾盤山水電站洪水標(biāo)準(zhǔn)的研究

【摘要】水利水電樞紐工程在擬定洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，既要按照規(guī)程規(guī)范，又要充分結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，碾盤山工程在考慮了河道洪水宣泄方式、河道允許最大安全泄量及河道極限最大泄量的情況下，合理選擇洪水標(biāo)準(zhǔn)，將校核洪水標(biāo)準(zhǔn)定為500年一遇，不僅滿足了工程安全需要，而且節(jié)省了投資。

【關(guān)鍵詞】水電站；洪水標(biāo)準(zhǔn)；研究

一、工程基本情況

碾盤山水電站壩址位于湖北荊門鐘祥市城區(qū)上游10km的沿山頭，根據(jù)預(yù)可行性研究階段的設(shè)計(jì)成果，推薦樞紐正常蓄水位50.72m（黃海高程），相應(yīng)庫容8.77億m3，校核洪水位50.81m，相應(yīng)總庫容8.95億m3，電站裝機(jī)容量200MW，多年平均發(fā)電量6.41億kW·h。河段航道標(biāo)準(zhǔn)為Ⅲ級(jí)，船閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為1000t級(jí)。工程的開發(fā)任務(wù)為發(fā)電、航運(yùn)，兼顧灌溉與旅游等綜合利用。

工程等別為Ⅱ等工程，電站主要由泄水閘、船閘、電站廠房及魚道等建筑物組成；泄水閘、電站廠房、船閘、魚道等主要建筑物為3級(jí)；泄水閘進(jìn)出口導(dǎo)墻、連接交通橋等次要建筑物為4級(jí)，施工圍堰、導(dǎo)流明渠等臨時(shí)建筑物為5級(jí)。

二、洪水標(biāo)準(zhǔn)比選

（一）洪水標(biāo)準(zhǔn)初擬

根據(jù)本工程主要建筑物級(jí)別，按規(guī)范《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》（DL/5180-2003）6.0.2規(guī)定“當(dāng)平原、濱海區(qū)水工建筑物擋水高度高于15m，且上下游最大水頭差大于10m時(shí)，其洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)宜按山區(qū)、丘陵區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定。”本工程雖然屬鄂中丘陵與漢江平原的過渡帶河槽型水庫，但最大水頭差11.22m，（上游正常蓄水位50.72m，下游最低通航水位39.50m），上游最大擋水高度15.72m（左岸土石壩段建基面高程35m）。按規(guī)范要求，碾盤山樞紐洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)宜按山區(qū)、丘陵區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定。初擬本工程洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年設(shè)計(jì)、1000年校核。

（二）洪水標(biāo)準(zhǔn)分析

1 壩址處河道泄量

根據(jù)調(diào)洪成果，碾盤山壩址處1000年一遇洪水洪峰流量為52500m3/s。由于本工程為河槽型水庫，水庫庫岸為漢江干堤，大壩右岸為崗地、左岸為漢江干堤中直堤，并與上游自然崗地連接。千年一遇洪峰壩前匯流35300m3/s，中直堤漫溢17100 m3/s。

2 碾盤山壩址河段的現(xiàn)狀行洪能力

碾盤山壩址河段的洪水由丹江口水庫下泄流量與丹江口-碾盤山區(qū)間流量組合確定。

丹江口水庫目前按照補(bǔ)償調(diào)節(jié)、分期預(yù)留防洪庫容及杜家臺(tái)分洪工程、中游民垸分洪配合運(yùn)用的洪水調(diào)度方式。

根據(jù)河道泄洪能力及洪水調(diào)度方式，漢江中下游河段的現(xiàn)狀防洪能力大致是：在長江水位較低時(shí)，依靠水庫和堤防工程，可防御5年一遇洪水；依靠水庫、堤防工程和運(yùn)用杜家臺(tái)工程分洪，可防御20年一遇洪水；在水庫、堤防、杜家臺(tái)分洪工程及中游民垸分洪等設(shè)施的理想調(diào)度和運(yùn)用下，可防御1935年實(shí)際洪水（相當(dāng)于百年一遇）。

碾盤山河段現(xiàn)狀泄量27000-30000m3/s，超過該泄量的洪水已經(jīng)通過其他通道宣泄至下游，洪水無法全部在壩前匯流。其中漢江中游共設(shè)置14個(gè)分蓄洪民垸，碾盤山壩址以上共有8個(gè)，按照以上調(diào)度運(yùn)用方式，碾盤山壩址處洪水流量達(dá)到百年一遇時(shí)，以上8處民垸已經(jīng)扒口泄洪。

碾盤山壩址河段的現(xiàn)狀行洪能力也可以通過碾盤山壩址水位流量關(guān)系估算。

碾盤山壩址水位流量關(guān)系采用兩種方法進(jìn)行推算：A水位相關(guān)法，根據(jù)1974年碾盤山與皇莊站同時(shí)比測的實(shí)測水位相關(guān)圖，將皇莊水文站-流量關(guān)系上移至碾盤山，參照1983年壩址上游2.6km的楊灣閘水位擬定至26000m3/s流量級(jí)；B按壩址實(shí)測斷面及流量成果用曼寧公式計(jì)算。上述兩種方法推算的結(jié)果較接近，低水采用曼寧公式計(jì)算結(jié)果，經(jīng)1992年壩址低水實(shí)測水位流量成果驗(yàn)證基本合理，26000m3/s按水位相關(guān)成果，26000m3/s以上用H-A-Q外延，同時(shí)參照1935年調(diào)查洪水進(jìn)行修正。

3 碾盤山壩址河段的安全泄量分析

丹江口水庫續(xù)建完成后，預(yù)留防洪庫容將達(dá)到80.1-110億m3，為更好發(fā)揮丹江口水庫的防洪作用，其洪調(diào)方式仍采取補(bǔ)償調(diào)節(jié)、分期預(yù)留防洪庫容及下游杜家臺(tái)分洪工程、中游民垸分洪配合運(yùn)用的洪水調(diào)度方式。即按照“預(yù)報(bào)預(yù)泄、補(bǔ)償調(diào)節(jié)、分級(jí)控泄”的原則進(jìn)行洪水調(diào)度。

丹江口水庫根據(jù)碾盤山預(yù)報(bào)流量進(jìn)行預(yù)泄：夏（秋季），碾盤山預(yù)報(bào)流量大于等于5000（10000）m3/s時(shí)，丹江口水庫開始預(yù)泄。分級(jí)控泄以碾盤山為控制點(diǎn)，即丹江口水庫泄放流量時(shí)，按丹江口以下丹-碾?yún)^(qū)間（含南河、唐白河）洪水來量大小來確定泄放流量，以達(dá)到控制碾盤山河段泄量的目的。

碾盤山河段防洪控制允許泄量為20000-21000m3/s，壩址河段最大允許泄量為30000m3/s，若按水位平現(xiàn)狀堤防頂部高程的河道最大泄量為32000m3/s；若按水位平加固后的中直堤頂部高程的河道最大泄量為33263m3/s。

由以上分析和計(jì)算可知，1000年一遇洪水52500m3/s根本無法真正在壩址處形成，除了河道允許的流量外，其余超過部分流量將從壩址上游中直堤及左壩頭至左側(cè)崗地間平原地帶組成的行洪通道泄放至壩下游。超過32000m3/s和33263m3/s兩種泄量是在假設(shè)水位平中直堤堤頂，且堤防仍是安全的前提下的最大泄量。

因此，從河道安全泄量來看，碾盤山壩址河道的安全泄量不宜超過30000m3/s。

三、投資初步分析

若考慮千年一遇洪水52500m3/s均通過壩址泄洪至下游，需設(shè)置42孔泄水閘，并將采取分期導(dǎo)流，工期也將大幅度增加，初步估算，樞紐工程投資將增加6億元。

四、結(jié)論

根據(jù)碾盤山河道洪水的宣泄方式、河道允許最大安全泄量、河道極限最大泄量的比較，以及投資對(duì)比分析，碾盤山工程洪水標(biāo)準(zhǔn)按100年設(shè)計(jì)、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)按500年設(shè)計(jì)（河道最大過流能力30000m3/s，與500年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)29800m3/s相當(dāng)）是合適的、安全的。