昆崳山水庫對文登抽水蓄能電站下水庫施工期洪水及初期蓄水的影響研究

李永林，梁 標，胡紫航，原紅紅

(1.山東文登抽水蓄能有限公司，山東省威海市 264205；2.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

?

昆崳山水庫對文登抽水蓄能電站下水庫施工期洪水及初期蓄水的影響研究

李永林1，梁 標2，胡紫航1，原紅紅1

(1.山東文登抽水蓄能有限公司，山東省威海市 264205；2.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

山東文登抽水蓄能電站下水庫上游有未完工的昆崳山水庫，其對該工程施工期洪水及初期蓄水有較大影響。文章以昆崳山水庫及昆崳山水庫至文登下水庫區間水文資料為依據，通過計算分析，確定昆崳山水庫對下水庫施工期洪水和初蓄期的影響。

昆崳山水庫;文登抽水蓄能電站;施工期洪水;初期蓄水

0 前 言

山東文登抽水蓄能電站為新建項目，其下水庫位于威海市文登區界石鎮境內楚峴村附近，下水庫上游有未完工的昆崳山水庫。根據昆崳山水庫及昆崳山水庫至文登下水庫區間水文資料，通過洪水調洪演算和蓄水調節計算[1]，分別確定昆崳山水庫對下水庫施工期洪水及初期蓄水的影響。

1 工程概況

1.1 文登抽水蓄能電站

文登抽水蓄能電站位于山東省膠東地區文登市界石鎮境內[2]，電站總裝機容量1 800 MW，電站建成后接入山東電網，主要承擔山東省及膠東地區電網調峰、填谷及事故備用的任務。

本工程屬Ⅰ等大(1)型工程。樞紐工程由上水庫、下水庫、水道系統、電站廠房、開關站及出線場等組成。上水庫正常蓄水位625.00 m，死水位585.00 m，正常蓄水位以下庫容924萬m3。下水庫正常蓄水位136.00 m，死水位110.00 m，正常蓄水位以下庫容1 109萬m3。水道系統由上水庫進/出水口、引水隧洞、尾水閘室、尾水調壓室、尾水隧洞、下水庫進/出水口組成。電站廠房建筑物分地下和地上2部分，其中地下廠房洞室群位于水道系統中部，主要有地下主、副廠房、主變洞、尾水事故閘門室、進廠交通洞、通風洞及通風支洞、母線洞、出線洞、尾水調壓室、排風豎井等，地面建筑物主要有500 kV地面開關站、中控樓、廠外油庫等。

1.2 昆崳山水庫

昆崳山水庫位于文登縣柳林莊西1 km處母豬河上游，原設計總庫容1 062.1萬m3，死水位144.20 m，主壩為漿砌石雙曲拱壩，壩頂高程為183.70 m，最大壩高53.7 m，頂厚4 m，底厚15 m，壩后電站裝機320 kW。

文登市昆崳山水庫在建設過程中，由于國家壓縮基建投資，于1983年停工，當時主壩壩頂高程已達到166.37 m，溢流口頂高程164.00 m，溢流口長度40 m，溢流口兩側混凝土心墻上游設置1 m厚的漿砌石塊石墻，其頂高程為167.37 m。1993年，進行了一次續建，將1983年昆崳山水庫主壩工程停工時預留泄水缺口填平，高程由164.00 m提高至166.37 m，相應庫容達到405萬m3。水庫死水位147.00 m，死庫容46.6萬m3，調節庫容為358.4萬m3。

1.3 水文條件

本地區降水量在年內分配很不均勻，汛期6—9月，受偏東、偏南季風影響，水汽充沛，多大雨、暴雨，占全年降水量的70.7%，洪水主要由暴雨形成，匯流極快，洪峰陡漲陡落，洪水歷時僅幾個小時。枯水期12月—翌年3月，因受干冷空氣控制，空氣干燥，降水量較少，占全年降水量的9.35%。降水量的年際變化較大。昆崳山水庫及昆崳山水庫-文登下水庫大壩區間洪水過程線及蓄水徑流典型年成果分別見表1、2。

2 昆崳山水庫運行方式對下水庫施工洪水的影響

由于文登抽水蓄能電站下水庫位于昆崳山水庫下游，下水庫施工導流洪峰流量可考慮昆崳山水庫的調蓄作用，應分別計算以下3種工況[3-9]，每種工況均應考慮P=10%、P=2%兩種頻率設計洪水過程。

工況1：設計洪水全部蓄入昆崳山水庫庫內，不通過缺口下泄流量，此工況下下游施工導流流量最小，僅需考慮昆崳山水庫壩址-下水庫壩址區間洪峰流量。計算應通過調洪演算反算該工況下昆崳山水庫運行最高水位。

工況2：設計洪水來臨前，水庫滿蓄，水位為缺口高程166.37 m，此工況適用于鄰近蓄水期，昆崳山水庫滿蓄以便作為下水庫蓄水水量的時段。計算應根據缺口體型分析缺口及壩體溢流泄流曲線，并通過調洪演算計算下泄洪水過程線，下泄洪水過程線應與昆崳山水庫壩址-下水庫壩址區間洪峰流量疊加，得出該時段下水庫施工導流洪峰流量。

表1 下水庫洪水過程線 /(m3·s-1)

表2 設計年徑流量年內分配成果表 /萬m3

工況3：在工況1和工況2昆崳山水庫起調水位之間選取不同典型水位進行調洪演算，以便于通過監測昆崳山水庫庫水位來確定文登下水庫施工導流流量。

由于洪水歷時短，洪峰流量大，施工供水水量和發電水量可忽略不計，各工況調洪演算未考慮施工供水水量和發電水量。

2.1 工況1調洪演算成果

工況1條件下昆崳山水庫無下泄流量，來水全部蓄入庫內，分別對P=2%、P=10%頻率洪水進行調洪演算[10]，并反算其最高起調水位，庫水位過程線及最高起調水位計算結果見圖1、2。

圖1 工況1昆崳山水庫水位過程線計算成果圖

圖2 工況1下水庫壩址洪水過程線計算成果圖

通過調洪演算得出P=2%頻率洪水昆崳山水庫最高起調水位為153.33 m，P=10%頻率洪水昆崳山水庫最高起調水位為158.97 m。

2.2 工況2調洪演算成果

工況2以缺口高程166.37 m為起調水位分別對P=2%、10%兩種頻率設計洪水過程進行調洪演算，計算成果見圖3、4。

圖3 工況2昆崳山水庫水位過程線計算成果圖

圖4 工況2下水庫壩址洪水過程線計算成果圖

通過調洪演算得出P=2%、P=10%頻率洪水經過昆崳山水庫調洪后，下水庫壩址洪峰流量分別為421.20、271.19 m3/s。

2.3 工況3調洪演算成果

根據工況1和工況2計算結果，在工況1和工況2昆崳山水庫起調水位之間每隔1 m選取1個水位進行調洪演算，計算結果見圖5。

3 下水庫施工導流方案

3.1 下水庫擋水壩施工導流

下水庫區攔河壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，施工導流采用土石圍堰一次攔斷河流，左岸隧洞泄流(后期改建為泄洪放空洞)的導流方式，導流建筑物級別為4級。初期導流標準采用10年一遇洪水；中期導流壩體臨時斷面攔蓄庫容0.01億m3，中期壩體度汛標準采用50年一遇洪水[11-13]。

圖5 工況3調洪演算計算成果圖

3.2 下水庫進/出水口施工導流

下水庫進/出水口施工期采用預留巖坎擋水，考慮下水庫進/出水口作為尾水隧洞進/出口段施工通道及施工時段基本都在壩體擋水度汛時段，導流標準采用50年一遇洪水；下水庫第3年3月初開始進行首臺機組發電前初期蓄水，進/出水口閘門擋水，度汛標準采用100年一遇洪水。

3.3 下水庫施工導流擋水建筑物高程確定

根據各工況計算結果及導流標準確定下水庫施工導流建筑物頂高程，進而分析昆崳山水庫運行方式對下水庫擋水壩施工導流的影響，見表3。

4 昆崳山水庫對下水庫初期蓄水的影響

4.1 昆崳山水庫需水量分析

(1) 昆崳山水庫蒸發滲漏

表3 昆崳山水庫運行方式對下水庫擋水壩施工導流影響分析成果表

昆崳山水庫年滲漏水量12萬m3，年蒸發水量10.58萬m3。

(2) 昆崳山水庫需水量

昆崳山水庫原設計任務為供水、灌溉，因工程資金所限，現狀規模沒有達到原設計要求，未保留農田灌溉水量。文登市水利局出具了“關于昆崳山水庫不承擔灌溉功能的函”，因此昆崳山水庫的現狀任務為供水。

昆崳山水庫年供水量從2003年開始趨于穩定，基本維持在150萬m3左右， 2003—2007年的平均值為151.8萬m3，1998—2012年平均為134.5萬m3，綜合分析本次取150萬m3計算。年內分配按2003—2007年平均比例進行，昆崳山水庫供水量及年內分配采用成果見表4。

(3)下游生態需水

昆崳山水庫應首先滿足供水任務，并兼顧生態環境用水，按照多年平均流量的10%泄放生態流量，即52.1萬m3。

4.2 本電站需水量

(1) 初期蓄水需水量

表4 昆崳山水庫供水量采用成果表 /萬m3

根據初期蓄水期用水量分析計算成果，電站初期蓄水期需水總量為889.9萬m3。

(2) 下游生態需水[15]

按照昆崳山-下水庫壩址區間多年平均流量的10%泄放生態流量，即17.8萬m3。

4.3 調節計算原則

本次昆崳山水庫徑流調節計算時，從昆崳山水庫取用水量的順序為：昆崳山水庫入庫水量扣除水庫蒸發滲漏后，依次保障供水任務、蓄能電站補水、生態用水。

4.4 水庫初期蓄水期可供水量分析

下水庫是在工程開工的第3年2月底具備蓄水條件，到第5年10月底第1臺機組發電，下水庫初期蓄水可利用時間為2年零8個月，第2～4臺機組每隔4個月投產1臺，最后2臺機組每隔3個月投產1臺，直到第7年4月底全部機組投產發電。昆崳山水庫初始庫容取無本工程的昆崳山水庫長系列徑流調節時典型年前一年的剩余庫容，進行水量平衡計算。

昆崳山水庫來水扣除昆崳山水庫蒸發滲漏后，首先滿足昆崳山水庫下游供水任務，剩余水量提供給文登抽水蓄能電站使用，由于首臺機組調試前初期蓄水時間較長，有29個月，在此期間兼顧考慮泄放生態流量；首臺機組調試后第2～4臺機組每隔4個月投產1臺，最后2臺機組每隔3個月投產1臺，電站所需水量較大，為滿足本電站初期蓄水需求，會對生態用水有所影響。文登抽水蓄能電站下水庫初期蓄水能力分析成果見表5。

由以上分析可知，在所有機組投產時，昆崳山水庫總計提供水量1 053.6萬m3，區間來水量462.6萬 m3，在此期間扣除生態用水290.6萬m3、施工用水量203.6萬m3和蒸發、滲漏損失水量132.1萬m3。抽水蓄能電站蓄水量為889.9萬m3，可以滿足6臺機發電的需求。在此期間影響下游1個月生態用水量約0.7萬m3。

表5 文登抽水蓄能電站初期蓄水能力分析表 /萬m3

4.5 水庫初期蓄水期生態補水措施研究

根據水庫初期蓄水水量分析計算，在保證電站初期蓄水需求，保證機組正常發電的前提下，將會影響生態流量泄放0.7萬m3。

根據水文成果，75%典型年2月份昆崳山水庫-柳林莊區間來水量為4.2萬m3，平均每日來水0.14萬m3，下庫永久泄洪放空洞僅需提前下閘6 d即可補蓄0.7萬m3，下庫圍堰堰前水位98.5 m(堰前水深2.5 m)，滿足初期蓄水期生態流量泄放要求。

5 結 語

根據昆崳山水庫及文登下水庫水文資料計算分析文登下水庫工程區施工期洪水過程及初期蓄水水量，確定了昆崳山水庫對下水庫施工期洪水及初期蓄水的影響，主要結論如下：

(1) 昆崳山水庫的調蓄作用可以削減其壩址上游洪峰流量，減小文登抽水蓄能電站下水庫施工導流洪峰流量，進而減少下水庫施工導流工程量，對文登抽水蓄能電站下水庫施工起到積極促進作用。

(2) 由于文登抽水蓄能電站下水庫圍堰工程為施工總承包項目，施工單位在下水庫擋水壩及進/出水口施工前應在昆崳山水庫壩前設置水位監測裝置，實時監測和調控昆崳山水庫壩前水位，并根據表1查得相應洪峰流量及擋水水位以確定下水庫圍堰工程施工方案。

(3) 昆崳山水庫通過蓄水前一次性補水及蓄水期連續補水，累計為文登抽水蓄能電站補水1 055.1萬m3，為文登抽水蓄能電站初期蓄水的重要補水水源，保障了電站的初期發電需求。

[1] 梁標,劉納,李曉偉，等.山東文登抽水蓄能電站下水庫施工與昆崳山水庫調度方式研究[R].北京：中國電建集團北京勘測設計研究院,2016:17-81.

[2] 尚海龍,海顯麗,陳曉霞，等.山東文登抽水蓄能電站招標設計階段施工組織設計報告[R].北京：中國電建集團北京勘測設計研究院,2013:27-33.

[3] 潘理中,芮孝芳.水電站水庫優化調度研究的若干進展[J].水文，1999(06):37-40.

[4] 劉韓生,尹進步.新的調洪計算方法[J].水利水電技術, 1995( 10) :53- 57.

[5] 陳寧珍.水庫運行調度[M].北京:水利電力出版社, 1990.

[6] 張勇傳，李福生，熊斯毅，黃益芬.水電站水庫群優化調度方法的研究[J].水力發電,1981 (11):48-52.

[7] 鐘煒,韓松,馮平，王培建， 陸德杰.龍羊峽水電站運行調度問題的分析研究[J].水電能源科學.2004, 22(2):36-38,82.

[8] 婁岳.水庫調度與應用[M].北京:中國水利水電出版社,1995.

[9] 黃映石.水庫調度[M].北京:中國水利水電出版社,1996.

[10] 李煒.水力計算手冊[M].2版.北京:中國水利水電出版社, 2007:73-82/317-326.

[11] 中華人民共和國國家發展和改革委員會.水電工程施工組織設計規范：DL/T 5397-2007[S].北京：中國電力出版社出版,2008.

[12] 中國水電顧問集團北京勘測設計研究院.抽水蓄能電站設計導則：DL/T 5208-2005[S].北京：中國電力出版社出版,2005.

[13] 國家能源局.水電工程施工導流設計規范：NB/T 35041-2014 [S].北京：中國電力出版社出版,2014.

[14] 水:國家能源局.電工程圍堰設計導則：NB/T 35006-2013[S].北京：中國電力出版社出版,2014.

[15] 水燕,李偉,劉納.山東文登抽水蓄能電站生態流量泄放措施研究[R].北京：中國電建集團北京勘測設計研究院,2015:25-35.

Study on Impacts by Kunyushan Reservoir on Flood During Construction and Initial Impoundment of Lower Reservoir,Wendeng Pumped Storage Power Plant

LI Yonglin1, LIANG Biao2, HU Zihang1, YUAN Honghong1

(1. Shangdong Wendeng Pumped Storage Co., Ltd., Weihai, Shandong 264205,China;2. Beijing Engineering Corporation Limited, Beijing 100024,China)

At the upstream of the lower reservoir of the pumped storage power plant in Wendeng, Shandong, is Kunyushan reservoir which is uncompleted. The uncompleted reservoir largely impacts the flood during construction and the initial impoundment as well of the pumped storage power plant. In accordance with the hydrological data of the Kunyushan reservoir and of the section between the Kunyushan reservoir and the lower reservoir of the pumped storage power plant, in the paper, impacts on the flood control during construction and initial impoundment period of the lower reservoir by Kunyushan reservoir are determined through analysis and calculation. Key words: Kunyushan reservoir; Wendeng pumped storage power plant; flood during construction; initial impoundment

1006—2610(2016)05—0057—06

2016-06-17

李永林(1983- )，男，山東省臨朐縣人,工程師，主要從事電氣工程工作.

TV743

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.014