電站尾水防洪特征水位探析

蔣立柯

(遼寧鐵嶺市南城子水庫(kù)管理局， 遼寧 鐵嶺 112000)

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電站尾水防洪特征水位探析

蔣立柯

(遼寧鐵嶺市南城子水庫(kù)管理局， 遼寧 鐵嶺 112000)

清河水庫(kù)是一座以防洪、灌溉為主，兼顧工業(yè)供水、養(yǎng)魚(yú)、旅游等綜合利用的大型水利樞紐工程。肩負(fù)起遼河生態(tài)補(bǔ)水、高效農(nóng)業(yè)供水等多項(xiàng)供水任務(wù)。清河水庫(kù)水電站屬清河水庫(kù)水資源綜合利用開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，該水電站的引用流量受清河水庫(kù)水量調(diào)度的控制。為了充分利用當(dāng)?shù)厮苜Y源，提高電站的利用率，對(duì)電站尾水的特征水位進(jìn)行分析，有利于在保證水庫(kù)補(bǔ)水任務(wù)的前提下，合理安排供水時(shí)段和放流量，以增加電站出力，提高電站發(fā)電效益。

水位； 水能資源； 泄水流量； 電站

1 概 況

清河水庫(kù)水電站工程位于鐵嶺市清河區(qū)清河水庫(kù)攔河壩下游，清河水庫(kù)控制流域面積2376km2。清河水庫(kù)是一座以防洪、灌溉為主，兼顧工業(yè)供水、養(yǎng)魚(yú)、旅游等綜合利用的大型水利樞紐工程。在興利方面，該水庫(kù)保證了1600MW裝機(jī)的清河發(fā)電廠冷卻用水，并與柴河、鬧德海水庫(kù)聯(lián)調(diào)灌溉了遼干及盤(pán)錦等地128萬(wàn)畝水田，為遼寧省工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

2 水能資源及開(kāi)發(fā)

2.1 水能資源

清河水庫(kù)正常蓄水位131m，死水位109.70m，尾水渠底板高程為94.2m，上下游最大水頭差達(dá)36m左右，具有較大的水頭差。清河水庫(kù)現(xiàn)狀多年平均水庫(kù)放流量為4.3×108m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉放流水量為3×108m3，多年平均棄水量為1.3×108m3，水能資源較豐富；遼寧省重點(diǎn)輸水工程竣工后，設(shè)計(jì)水平年(2040年)將有5.96×108m3的水量調(diào)入清河水庫(kù)，清河水庫(kù)將增加下游補(bǔ)水任務(wù)，其中包括高效農(nóng)業(yè)水量、遼河河口環(huán)境水量、河道沖沙水量等，屆時(shí)其水庫(kù)放流水量將達(dá)到8.47×108m3，水能資源將更加豐富。通過(guò)建設(shè)水電站既充分利用了水能資源，又有利于清河水庫(kù)綜合效益的發(fā)揮。

2.2 資源開(kāi)發(fā)條件

清河水庫(kù)位于遼寧省鐵嶺市清河區(qū)東部，控制面積2376km2，最大庫(kù)容9.71×108m3。該水庫(kù)建成于1962年，水庫(kù)樞紐功能完備；且該工程區(qū)位于市郊，交通便利，便于開(kāi)發(fā)利用。該水電站利用清河水庫(kù)攔河壩蓄水，利用清河水庫(kù)右岸輸水洞改造工程取水頭部、輸水洞進(jìn)行引水，僅需擴(kuò)建調(diào)壓井，新建壓力鋼管、電站廠房、升壓站、尾水渠和辦公樓，工程投資較小，效益十分顯著，可以說(shuō)該工程條件得天獨(dú)厚，十分難得。因此，該工程是一個(gè)建設(shè)成本經(jīng)濟(jì)，又使水能資源得到充分利用的水資源優(yōu)化配置工程。該工程的建設(shè)，不僅可以充分利用當(dāng)?shù)赜欣乃Y源開(kāi)發(fā)條件，又可以創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)揮水庫(kù)綜合效能。

2.3 節(jié)能減排和地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展

2011年9月27日，國(guó)務(wù)院召開(kāi)全國(guó)節(jié)能減排工作電視電話會(huì)議，全面部署“十二五”節(jié)能減排工作，吹響了節(jié)能減排新的進(jìn)軍號(hào)。清河水庫(kù)水電站工程有利于節(jié)能減排，該電站建成后，不僅不消耗不可再生能源，而且有利于充分利用可再生資源。該電站多年平均發(fā)電量4452萬(wàn)kW·h，產(chǎn)生的電能每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤14840t，可減少二氧化碳排放38881t、減少二氧化硫排放126t；同時(shí)，該電站建成以后，年均可提供4452萬(wàn)kW·h電力，有利于促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3 電站泄水流量

3.1 電站概述

清河水庫(kù)水電站工程位于清河水庫(kù)攔河壩下游，該電站尾水左側(cè)分別為清河水庫(kù)左、右岸泄洪洞，右側(cè)為清河水庫(kù)溢洪道，其中左岸泄洪洞位于電站尾水渠上游1.34km處，右岸泄洪洞緊鄰電站廠房，溢洪道位于電站廠房左側(cè)320m處。清河水庫(kù)溢洪道全長(zhǎng)2.48km，共設(shè)6孔閘門(mén)，閘門(mén)尺寸10m×9.5m，溢洪道下游1.72km處為開(kāi)草公路，由于歷史原因，未設(shè)置泄流設(shè)施，遇溢洪道泄洪時(shí)，洪水經(jīng)開(kāi)草公路漫流至下游清河主河道，漫流段開(kāi)草公路長(zhǎng)348m，寬7m,路面高程98.57m。清河水電站尾水渠末端下游為原清河電廠回水泵站倒虹吸，倒虹吸距尾水渠1.02km，倒虹吸寬4m，橫穿河道段長(zhǎng)108m，涵頂高程94.87m。清河水電站尾水渠下游1.89km處為清河水庫(kù)溢洪道入清河河口，3.01km處為橡膠壩，橡膠壩過(guò)流段寬156m，壩袋頂高程93.20m，底板頂高程89.70m。清河水庫(kù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)泄洪下泄流量見(jiàn)表1。

表1 清河水庫(kù)相應(yīng)頻率下泄洪峰成果

3.2 清河水庫(kù)防洪調(diào)度運(yùn)行方式

清河水庫(kù)防洪調(diào)度運(yùn)行采用“先左、右岸泄洪洞泄洪，當(dāng)其泄洪能力不足時(shí)，再利用左右岸泄洪洞和溢洪道聯(lián)合泄洪”的原則。

3.3 清河水庫(kù)各泄洪建筑物相應(yīng)洪水泄流量

根據(jù)清河水庫(kù)防洪調(diào)度運(yùn)行方式，可查得相應(yīng)頻率下各泄洪建筑物的下泄流量，具體見(jiàn)表2。

表2 清河水庫(kù)相應(yīng)頻率下各泄流建筑物泄流量成果

4 電站尾水防洪特征水位確定

4.1 控制斷面處理水位流量

根據(jù)清河水電站地形資料，可知與該電站尾水特征水位相關(guān)的控制斷面有4處，分別為：滾水壩處(T-1)、倒虹吸處(T-2)、溢洪道下游開(kāi)草公路處(T-3)和橡膠壩處(T-4)，其中T-1斷面受T-2斷面雍水影響。根據(jù)堰流計(jì)算公式，分別計(jì)算各控制斷面的水位～流量關(guān)系曲線。

堰流計(jì)算公式如下：

式中σs——淹沒(méi)系數(shù)；

σc——側(cè)收縮系數(shù),取1；

m——自由溢流流量系數(shù)，取0.32；

b——堰頂寬度，m；

H0——堰上水頭，m。

經(jīng)計(jì)算，清河水庫(kù)相應(yīng)頻率下泄洪峰流量時(shí)各控制斷面處洪水水位具體見(jiàn)表3。

表3 清河水庫(kù)相應(yīng)頻率下泄洪峰流量時(shí)各控制斷面水位成果

T-3為清河水庫(kù)溢洪道下游開(kāi)草公路斷面，該斷面左側(cè)為清河水庫(kù)攔河壩下游灘地。溢洪道泄洪時(shí)，先通過(guò)開(kāi)草公路漫流，型式為寬頂堰過(guò)流，此時(shí)攔河壩下游部分灘地存在洪水漫流，隨著泄洪時(shí)間的推移，開(kāi)草公路受洪水沖刷，過(guò)流形式逐漸由堰流轉(zhuǎn)變?yōu)槊髑蔷鶆蛄鳌Ｑ吡鲿r(shí)，由于受開(kāi)草公路的雍水影響，洪水雍水水位最高，由表3可知，設(shè)計(jì)洪水時(shí)，攔河壩下游灘地100.00m高程出現(xiàn)洪水漫流；校核洪水時(shí)，攔河壩下游灘地100.06m高程出現(xiàn)洪水漫流。該電站工程尾水洪水位受T-3上斷面控制。

以T-3斷面為控制斷面，以T-3上水位為控制水位，利用能量方程推求清河水庫(kù)水電站尾水渠下游相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的洪水水位，能量方程具體如下：

式中Z1、Z2——分別為下、上游斷面的水位，m；

hf、hj——分別為上下斷面間的沿程、局部水頭損失，m；

u1、u2——分別為下、上游斷面的流速，m/s。

采用以上公式計(jì)算，求得電站尾水下游20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪峰流量為300m3/s時(shí)，洪水水位為96.24m；50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪峰流量為1184m3/s時(shí)，洪水水位為100m；100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪峰流量為1187m3/s時(shí)，洪水水位為100.01m。

4.2 電站尾水位

廠址下游為新建尾水渠，流量計(jì)算公式如下：

式中A——平均斷面面積，m2；

R——水力半徑，m;

n——糙率，取0.017；

S——比降，取0.001。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4，臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)的正常尾水位為95.46m，單機(jī)滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)的最低尾水位94.84m。

表4 尾水渠水位-流量關(guān)系

5 結(jié) 語(yǔ)

清河水庫(kù)水電站工程設(shè)計(jì)洪水采用《清河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》設(shè)計(jì)洪水，經(jīng)分析復(fù)核，設(shè)計(jì)洪水成果合理。

清河水庫(kù)區(qū)間來(lái)水量4.47×108m3，多年平均流量14.17m3/s。2040年遼寧省重點(diǎn)輸水工程建成后，清河水庫(kù)設(shè)計(jì)來(lái)水量為流域來(lái)水和省重點(diǎn)輸水工程調(diào)入水量，共計(jì)10.43×108m3，屆時(shí)，用于發(fā)電的水量將達(dá)8.47×108m3，多年平均放流量26.86m3/s。

清河水庫(kù)水電站工程攔河壩500年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)洪水位為135.10m，洪峰流量為7840m3/s，10000年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)洪水位為138.06m，洪峰流量為13100m3/s。電站廠房尾水渠下游處20年一遇設(shè)計(jì)洪水最高水位為96.24m，洪峰流量300m3/s；50年一遇設(shè)計(jì)洪水最高水位為100m，洪峰流量1184m3/s；100年一遇設(shè)計(jì)洪水最高水位為100.01m，洪峰流量1187m3/s。

[1] 王春明.地下廠房及尾水系統(tǒng)開(kāi)挖支護(hù)施工技術(shù)[J].東北水利水電，2013(2).

[2] 樊啟祥,劉益勇,易志.向家壩右岸地下電站尾水系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012(12).

[3] 王槐南,邢向峰,王堂釗.大隆水庫(kù)洪水調(diào)度方案優(yōu)化體系設(shè)計(jì)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2012(1).

[4] 賴旭,陳鑒治,楊建東.變頂高尾水洞水電站機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2001(4).

[5] 何寨兵.惠州抽水蓄能電站尾水調(diào)壓井穹頂開(kāi)挖施工[J].水利水電施工,2011(1).

[6] 張軍,于得萬(wàn).石油管道穿越河渠工程的防洪影響分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2013(10).

[7] 韋家慶,周雅能.大跨徑尾水岔洞錨固支護(hù)分析[J].人民珠江,2009(6).

[8] 付瑛,胡忠英.江口水電站尾水系統(tǒng)施工[J].水利水電施工,2003(1).

Analysis on hydropower station tail water flood control characteristic water level

JIANG Like

(LiaoningTielingNanchengziReservoirAdministrationBureau,Tieling112000,China)

Qinghe Reservoir is a large water conservancy project which is mainly based on flood control and irrigation, and comprehensively utilizes industrial water supply, fish farming, tourism, etc. It shoulders various water supply tasks of ecological hydrating, efficient agricultural water supply, etc. of Liaohe River. Qinghe Reservoir hydropower station belongs to Qinghe Reservoir water resources comprehensive utilization and development project. Dritnage flow of the hydropower station is controlled by water quatity scheduling of Qinghe Reservoir. Characteristic water level of power station tail water is analyzed in order to fully utilize local water resources and improve the utilization rate of the hydropower station, which is beneficial for rationally arranging water supply time segment and discharge capacity under precondition of ensuring reservoir water supplement task, increasing hydropower station output, and improving power generation benefits of the hydropower station.

water level; water resources; drain water flow; hydropower station

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.04.020

TV74

A

2096-0131(2016)04- 0068- 04