福建潭頭水電站水庫(kù)調(diào)度及回水推求

程功文 張 邁

(溫州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院 浙江溫州 325011)

1 概況

1.1 工程概況

潭頭水電站為福建省賽江東溪干流水電開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。東溪為賽江的東源干流,發(fā)源于浙江省泰順縣,流經(jīng)福建省福鼎、柘榮、壽寧、福安等市(縣)境內(nèi),于福安市城陽(yáng)鄉(xiāng)東口村與西源支流——西溪匯合,東溪流域面積2092km2,東溪流域內(nèi)行政區(qū)劃涉及福安市的上白石鎮(zhèn)、潭頭鎮(zhèn)、城陽(yáng)鄉(xiāng)及柘榮縣和浙江泰順縣一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

潭頭水電站工程由攔河閘壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、廠房及開(kāi)關(guān)站組成。壩址以上控制集雨面積2060km2,水庫(kù)總庫(kù)容2351.7萬(wàn)m3,廠址處控制集雨面積2070km2。

攔河閘壩設(shè)7孔溢流堰,每孔凈寬14m,堰頂高程為31.0m,最大壩高26.0m(水庫(kù)正常蓄水位為45.5m,死水位為 44.0m),引水隧洞全長(zhǎng)424.0m,斷面為圓形,不襯砌洞徑為10m,襯砌后洞徑為9m。

發(fā)電廠房?jī)?nèi)安裝2臺(tái)單機(jī)容量為12MW 的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組,額定水頭16.85m,流量為178m3/s。

1.2 東溪干流水電開(kāi)發(fā)規(guī)劃概況

潭頭閘壩上游東溪流域內(nèi)僅有上白石水文站,再往下游,東西溪交匯口下游600m處有白塔水文站,上白石水文站控制集雨面積1628km2,觀測(cè)項(xiàng)目有水位、流量、降雨量等。白塔水文站控制集雨面積3270km2,觀測(cè)項(xiàng)目有流量、水位、降雨量等。

根據(jù)規(guī)劃報(bào)告中有關(guān)內(nèi)容,規(guī)劃方案為三級(jí)開(kāi)發(fā)方案;第一級(jí)為財(cái)洪水電站,為河床式電站,壩址以上集雨面積為1650km2,正常蓄水位初擬為62m;第二級(jí)為潭頭水電站,引水式,壩址以上集雨面積為2060km2,正常蓄水位初擬為45m;第三級(jí)為湖塘板水電站,河床式,壩址位于東溪與西溪干流匯合口下游約100m,壩址以上集雨面積3270km2,正常蓄水位初擬為26m。

圖1 壩廠址位置圖

2 防洪水力計(jì)算

2.1 防洪水力計(jì)算任務(wù)

防洪水力計(jì)算任務(wù)為以白塔水文站水位-流量關(guān)系為下邊界,向上游推算不同頻率洪峰流量時(shí)湖塘板電站閘壩上游水位→潭頭電站廠房下游水位-流量關(guān)系→潭頭電站大壩下游水位-流量關(guān)系→壩上不同頻率水位→上游村鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)下的防洪水位,

并分析潭頭電站下游湖塘板電站建與不建對(duì)上游水位的影響。

2.2 防洪水力計(jì)算條件

由于潭頭電站大壩、廠房下游水位同湖塘板電站建設(shè)有關(guān)系,因此防洪水力計(jì)算按湖塘板建前和建后分別計(jì)算壩、廠址處洪水位。

防洪水力計(jì)算基本條件:潭頭電站大壩正常蓄水位為45.5m,閘址堰頂高程31.0m,閘壩為7孔,每孔凈寬為14m,湖塘板電站正常蓄水位采用26.0m,堰頂高程為21.0m,閘寬為160m。

2.3 防洪水力計(jì)算方法

防洪水力計(jì)算包括沿程水位計(jì)算及水流過(guò)閘壩水位計(jì)算。沿程水位計(jì)算采用恒定非均勻流伯努利方程逐斷面推求,水流過(guò)閘壩計(jì)算可根據(jù)閘壩下游水位采用寬頂堰水力學(xué)計(jì)算公式試算閘壩上游水位。

2.4 有關(guān)參數(shù)的選擇

由于河道斷面、河道糙率對(duì)沿程洪水位影響較大,為了較準(zhǔn)確地計(jì)算水位,河道斷面采用實(shí)測(cè)斷面,河道糙率根據(jù)歷史洪水驗(yàn)證,經(jīng)驗(yàn)證糙率為0.04～0.045。

2.5 防洪標(biāo)準(zhǔn)

潭頭電站防洪標(biāo)準(zhǔn)主要包括閘壩防洪標(biāo)準(zhǔn)電站廠房防洪標(biāo)準(zhǔn)及上游各村鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù) 《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB50201-94、《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》 (SL252-2000)、《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》 (CJJ50-92)、《水電工程水庫(kù)淹沒(méi)處理規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》 (DL/T5064-1996),潭頭電站閘壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇。廠房設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。上游村鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)閘壩上游潭頭鎮(zhèn)人口規(guī)模確定為20年一遇。

2.6 防洪水力計(jì)算

由于潭頭電站壩址上游洪水位同閘壩洪水調(diào)度方式有關(guān),因此防洪水力計(jì)算前應(yīng)根據(jù)上游村鎮(zhèn)防洪要求合理確定洪水調(diào)度方式。

2.6.1 洪水調(diào)度方式

洪水調(diào)度方式考慮潭頭電站建閘壩后以不應(yīng)降低壩上游潭頭鎮(zhèn)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為前提,擬定兩種洪水調(diào)節(jié)方式。

調(diào)度方式一:以閘壩上游潭頭鎮(zhèn)水位為控制的調(diào)度方式,具體調(diào)度方式如下。①當(dāng)庫(kù)水位低于正常水位45.50m時(shí),閘門(mén)均處于關(guān)閉狀況,洪水調(diào)蓄于水庫(kù)中,直至水庫(kù)水位上蓄至45.50m;

②當(dāng)遭遇洪水時(shí),閘前潭頭鎮(zhèn)洪水位高于46.0m,由閘門(mén)調(diào)節(jié)閘前水位,盡量維持潭頭鎮(zhèn)處的洪水位不超過(guò)46.0m,隨著洪水流量增大,閘門(mén)開(kāi)啟數(shù)量相應(yīng)增加,閘門(mén)開(kāi)度相應(yīng)增大,以控制閘前潭頭鎮(zhèn)水位不超過(guò)46.0m,直至閘門(mén)全打開(kāi);

③當(dāng)閘門(mén)全開(kāi)后,隨著洪水流量的增大,閘前水位及潭頭鎮(zhèn)水位則相應(yīng)升高。

調(diào)度方式二:以閘前水位為控制的調(diào)度方式以維持閘前水位為45.5m來(lái)調(diào)度洪水,具體調(diào)度方式如下。

①當(dāng)閘前水位低于45.50m時(shí),閘門(mén)均處于關(guān)閉狀態(tài),洪水調(diào)蓄于水庫(kù)中,直至水庫(kù)水位上蓄至45.50m;

②當(dāng)遭遇洪水,閘前水位高于45.50m,則開(kāi)始啟閘泄洪,隨著洪水流量增大,閘門(mén)開(kāi)啟數(shù)量相應(yīng)增加,閘門(mén)開(kāi)度相應(yīng)增大,以控制閘前水位不超過(guò)45.50m,直至閘門(mén)全打開(kāi);

③當(dāng)閘門(mén)全開(kāi)后,隨著洪水流量增大,閘前水位相應(yīng)升高。

表1 兩種調(diào)度方式比較表

2.6.2 調(diào)度方式比較及確定

從表1調(diào)度方式洪水位比較表可知:二種洪水調(diào)度方式對(duì)水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位幾乎無(wú)影響,原因是設(shè)計(jì)洪水及校核洪水時(shí),閘門(mén)均以全開(kāi)泄洪,但閘壩上游潭頭鎮(zhèn)遇20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí),二種調(diào)度方式對(duì)潭頭鎮(zhèn)的洪水位影響較大,原因是調(diào)度方式一在20年一遇洪峰時(shí),為降低潭頭鎮(zhèn)洪水位,閘門(mén)以全開(kāi)泄洪,閘前水位低;而調(diào)度方式二,在 20年一遇洪峰時(shí),閘前水位均可保持在45.50m,閘門(mén)未全開(kāi)泄洪,潭頭鎮(zhèn)洪水位相應(yīng)較高。

從以上二個(gè)調(diào)度方式計(jì)算結(jié)果比較表明:調(diào)度方式一能根據(jù)實(shí)際的防洪對(duì)象來(lái)擬定切合實(shí)際的調(diào)度方式,充分發(fā)揮閘壩的泄洪能力,降低潭頭鎮(zhèn)20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水位,科學(xué)合理,因此推薦調(diào)度方式一。

2.6.3 回水推求

由于湖塘板電站為規(guī)劃中電站,尚未開(kāi)工建設(shè),因此為科學(xué)合理地計(jì)算湖塘板電站上游的洪水位,需分析湖塘板電站大壩建設(shè)前及建設(shè)后、潭頭電站閘址建設(shè)后不同工況組合下的洪水位,以分析建壩后對(duì)沿程洪水位影響程度。

湖塘板電站建前及建后、潭頭電站閘壩建后洪水位分析成果見(jiàn)表2。

表2 湖塘坂電站建前與建后各斷面水位比較表

從表2中計(jì)算表明:當(dāng)河道建有閘壩時(shí),閘壩上下游會(huì)出現(xiàn)水位壅高,水位壅高值的大小隨著洪峰流量的加大而加大,當(dāng)上下游均建有水工建筑物時(shí),下游建筑物建后對(duì)上游水位會(huì)出現(xiàn)一定程度的壅高,壅高值的大小隨著距離的增加而減小,慢慢趨近于零。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)采用恒定非均勻流推求水面線時(shí),糙率的選取對(duì)水位推求成果影響較大,應(yīng)采用歷史大洪水對(duì)糙率進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算。

(2)閘壩建后工程對(duì)上游水位的影響值隨著距離的增大慢慢變小;距離越大,則水位影響越小。

(3)若上游有防洪對(duì)象,則閘壩泄洪時(shí)洪水調(diào)度宜根據(jù)上游對(duì)象及防洪要求來(lái)確定科學(xué)合理、切合實(shí)際的調(diào)度方式。

1 《水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)》李煒主編.武漢大學(xué)水力水電學(xué)院水力學(xué)流體力學(xué)教研室.

2 《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ50-92).

3 防洪標(biāo)準(zhǔn)(GB5021-94).

4 《水電工程水庫(kù)淹沒(méi)處理規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5064-1996)