桃源水電站水庫預(yù)報(bào)預(yù)泄方式研究

姚 珧

（湖南省水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 長(zhǎng)沙市 410131）

王東輝

（中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 長(zhǎng)沙市 410014）

1 桃源水電站運(yùn)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(gè)水電開發(fā)梯級(jí)。桃源水電站上游距凌津?yàn)┧娬?8.2 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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的56個(gè)村。

桃源水電站正常蓄水位為39.50 m，正常蓄水位相應(yīng)的庫容為1.28億m3。工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、旅游等綜合利用。為合理利用水資源并盡量減小對(duì)庫區(qū)淹沒影響，應(yīng)制定合理可行的樞紐預(yù)泄方案，及時(shí)騰庫降低庫水位，以控制庫區(qū)回水并避免引發(fā)下游人為洪水災(zāi)害，減少庫區(qū)淹沒影響范圍。桃源水電站按最小發(fā)電水頭2 m擬定了停機(jī)流量，當(dāng)入庫流量小于停機(jī)流量時(shí)，水庫維持正常蓄水位發(fā)電運(yùn)行，當(dāng)入庫流量大于停機(jī)流量時(shí)，電站機(jī)組停止發(fā)電，樞紐采用預(yù)報(bào)預(yù)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(fù)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(qū)臨時(shí)淹沒為原則，當(dāng)洪水處于退水過程，且同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，水庫關(guān)閘蓄水：

（1）桃源壩址流量小于各正常蓄水位方案的停機(jī)流量。

（2）通過五強(qiáng)溪水庫洪水預(yù)報(bào)，桃源10 h之內(nèi)及后期的入庫流量不會(huì)超過各正常蓄水位方案的停機(jī)流量。

2 上游流域測(cè)報(bào)系統(tǒng)水文站網(wǎng)狀況及測(cè)報(bào)范圍

桃源水電站上游的五強(qiáng)溪、凌津?yàn)┖椭駡@水電站分別建設(shè)了水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)。五強(qiáng)溪水電站水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)于1995年投入運(yùn)行，2004年3月完成系統(tǒng)改造。目前系統(tǒng)規(guī)模為1個(gè)中心站、4個(gè)中繼站、53個(gè)遙測(cè)站，以超短波通信方式為主，GSM為備用通道雙信道通信組網(wǎng)方式，測(cè)報(bào)范圍為安江、鳳灘～五強(qiáng)溪區(qū)間流域，控制五強(qiáng)溪水庫壩址以上流域面積24 858 km2。凌津?yàn)┫到y(tǒng)采用VHF數(shù)字通信組網(wǎng)方式，自報(bào)式工作體制，系統(tǒng)規(guī)模為1個(gè)中心站、2個(gè)中繼站、7個(gè)遙測(cè)站組成。測(cè)報(bào)范圍為五強(qiáng)溪～凌津?yàn)﹨^(qū)間流域，面積1 300 km2。竹園水庫水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的測(cè)報(bào)區(qū)域?yàn)閴沃芬陨狭饔?，測(cè)報(bào)面積700 km2，系統(tǒng)規(guī)模為1個(gè)中心站，1個(gè)中繼站，9個(gè)遙測(cè)站，系統(tǒng)采用超短波通信組網(wǎng)，自報(bào)式工作體制。

五強(qiáng)溪～桃源壩址區(qū)間主要的水文站是王家河站，位于五強(qiáng)溪到凌津?yàn)┲g的干流上，控制流域面積84 500 km2，自1956年起有水位流量觀測(cè)雨量資料，1997年上遷至五強(qiáng)溪鎮(zhèn)喬子坪改為五強(qiáng)溪（二）站。五強(qiáng)溪、凌津?yàn)┕こ趟樽詣?dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建成后，在五強(qiáng)溪壩下、凌津?yàn)紊霞皦蜗隆⒅駡@水庫壩上設(shè)立了自動(dòng)水位雨量站，在三望坡、龍?zhí)端?、牛車河設(shè)立了自動(dòng)雨量站。

桃源水電站干流上游的五強(qiáng)溪是沅水干流大型控制性工程，具有良好的調(diào)節(jié)性能；凌津?yàn)┧娬緸槲鍙?qiáng)溪的反調(diào)節(jié)水庫，兩電站完善的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)為桃源水電站進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)預(yù)泄創(chuàng)造了有利條件。由于凌津?yàn)┧娬菊{(diào)節(jié)能力較差，而五強(qiáng)溪水庫具有季調(diào)節(jié)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(yù)報(bào)預(yù)泄研究以五強(qiáng)溪為依據(jù)站。

3 洪水預(yù)見期分析

桃源水庫預(yù)報(bào)預(yù)泄時(shí)間根據(jù)五強(qiáng)溪水庫的洪水預(yù)見期及五強(qiáng)溪到桃源壩址的洪水傳播時(shí)間綜合確定。

五強(qiáng)溪（二）站、凌津?yàn)┧樽詣?dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的壩下水位站均與桃源水文站具有較長(zhǎng)時(shí)間的同步洪水資料，可據(jù)此分析五強(qiáng)溪～桃源、凌津?yàn)以吹暮樗畟鞑r(shí)間。根據(jù)實(shí)測(cè)資料初步分析，常規(guī)情況下，五強(qiáng)溪～桃源洪水傳播時(shí)間約（6～9）h，特大洪水或干流與下游區(qū)間洪水遭遇惡劣的情況下則洪水傳播時(shí)間小于6 h；凌津?yàn)以春樗畟鞑r(shí)間約（3～6）h。

五強(qiáng)溪～桃源區(qū)間流域略呈蝴蝶形，夷望溪和大洑溪兩翼占據(jù)了大部分流域面積，測(cè)報(bào)區(qū)域形心大致位于夷望溪匯入干流的凌津?yàn)┲系呐d隆街附近，距壩址的河道距離約48 km，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合已有資料分析，考慮區(qū)間流域匯流時(shí)間，區(qū)間降雨洪水到達(dá)流域出口（桃源）時(shí)間（9～12）h。如果降雨集中在流域上游，則傳播時(shí)間可達(dá)12 h，降雨在下游或大洪水，則傳播時(shí)間小于9 h。

從洪水組成分析結(jié)果看，桃源壩址或入庫洪水主要取決于五強(qiáng)溪的出庫流量。因此，以五強(qiáng)溪（二）水文站為上游根據(jù)站，桃源洪水預(yù)報(bào)的有效預(yù)見期（6～9）h；對(duì)于較小洪水，以凌津?yàn)蜗滤恼緸樯嫌胃鶕?jù)站，桃源洪水預(yù)報(bào)的有效預(yù)見期（3～6）h。

4 洪水典型分析

壩址至上游凌津?yàn)┧娬緦贈(zèng)_積平原與丘陵地貌過渡區(qū)域，凌津?yàn)沃芬陨蠟樯絽^(qū)、丘陵區(qū)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(biāo)準(zhǔn)按山區(qū)、丘陵區(qū)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(yùn)用洪水重現(xiàn)期為50年，非常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期為500年；土石副壩正常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期為50年，非常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期為1 000年。

考慮上游五強(qiáng)溪水電站的調(diào)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(jù)調(diào)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(shè)區(qū)，桃源水庫庫區(qū)僅涉及土地淹沒補(bǔ)償，因此，桃源水電站水庫預(yù)報(bào)預(yù)泄研究按考慮五強(qiáng)溪水庫調(diào)蓄的桃源壩址2年一遇組合洪水進(jìn)行。通過五強(qiáng)溪入庫洪水的調(diào)節(jié)計(jì)算，將五強(qiáng)溪下泄洪水流量與五強(qiáng)溪至桃源區(qū)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(qū)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(gè)典型設(shè)計(jì)洪水與桃源水文站近年來歷次實(shí)測(cè)洪水過程對(duì)比見圖2。分析歷次實(shí)測(cè)洪水的漲水過程可見，當(dāng)流量超過桃源正常蓄水位相應(yīng)停機(jī)流量的漲率均低于1969年和1970年典型的設(shè)計(jì)洪水，即相對(duì)桃源水庫預(yù)泄過程而言，兩個(gè)典型洪水的入庫流量較實(shí)測(cè)洪水更大，庫水位降低速度慢，相應(yīng)壩前水位更高，桃源水庫回水位更高。因此，兩個(gè)典型的設(shè)計(jì)洪水較歷次實(shí)測(cè)洪水過程惡劣，從偏安全考慮，本次采用1969和1970年兩個(gè)典型設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行桃源水庫預(yù)泄方式研究。

圖2 桃源壩址典型洪水與桃源站實(shí)測(cè)洪水過程線對(duì)比圖

5 水庫預(yù)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(xiàn)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(qū)堤調(diào)度方式如下：

表2 桃源水電站樞紐預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度過程表(1969年典型)

表3 桃源水電站樞紐預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度過程表(1970年典型)

當(dāng)桃源入庫流量接近擬定的停機(jī)流量時(shí)，水庫開始加大流量預(yù)泄。為盡快騰空水庫并避免壩址下游形成人為洪水災(zāi)害，控制預(yù)泄流量均采用11000 m3/s，低于桃源壩址10 h后的預(yù)報(bào)流量。樞紐控泄5 h后防防洪標(biāo)準(zhǔn)約為5年～8年一遇，考慮五強(qiáng)溪水庫及風(fēng)灘水庫的削峰作用，尾閭地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)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(shì)分析，本河段相應(yīng)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(yùn)行時(shí)的泄流能力介于（13 000～14 000）m3/s之間，因此，桃源水電站的預(yù)泄流量應(yīng)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(yù)泄過程中的控泄流量按11 000 m3/s計(jì)，正常蓄水位39.50 m工況下兩種典型洪水的預(yù)泄過程見表2、表3。

由表2及表3分析，桃源水電站樞紐預(yù)報(bào)預(yù)泄即進(jìn)入敞泄?fàn)顟B(tài)，閘門全部開啟，按泄流能力泄洪，6 h左右河道完全恢復(fù)天然狀態(tài)，預(yù)泄過程完成。

6 結(jié)語

桃源水庫為合理利用水資源并盡量減小對(duì)庫區(qū)淹沒影響，利用上游水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)較完善的有利條件，采用洪水預(yù)報(bào)預(yù)泄的方式宣泄洪水，既滿足電站發(fā)電運(yùn)行要求，又有效降低了水庫回水位，減小了庫區(qū)淹沒損失。

1 DLT 5015-1996.水利水電工程動(dòng)能設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

2 SD 138-85.水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范[S].

3葛守西.現(xiàn)代洪水預(yù)報(bào)技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2002.