火電廠供水水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的探討

潘曉春，張 洋

(江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102)

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火電廠供水水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的探討

潘曉春，張 洋

(江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102)

摘要：從火電廠枯水取水保證率、廠區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)、水電站工程防洪標(biāo)準(zhǔn)、供水工程防洪標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)規(guī)定的協(xié)調(diào)性，審視了火電廠供水水庫(kù)及岸邊水泵房的防洪標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)供水水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的安全性進(jìn)行了初步評(píng)估。研究認(rèn)為小型火電廠供水水庫(kù)及水泵房現(xiàn)行防洪設(shè)計(jì)頻率、校核頻率與大中型火電廠供水水庫(kù)及水泵房現(xiàn)行防洪設(shè)計(jì)頻率均是大體合適的；而大中型火電廠供水水庫(kù)及水泵房現(xiàn)行校核頻率0.1%的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)偏高，取0.2%～0.33%較為適宜；當(dāng)火電廠水泵房設(shè)計(jì)、校核洪水位與水庫(kù)設(shè)計(jì)、校核洪水位相差很大時(shí)，建議對(duì)水泵房防洪安全進(jìn)行分析論證。

關(guān)鍵詞：防洪標(biāo)準(zhǔn)；枯水取水保證率；工程等別；水工建筑物級(jí)別；協(xié)調(diào)性。

1 概述

根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，大中型火電廠從水庫(kù)取水時(shí)，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于100年一遇設(shè)計(jì)、1000年一遇校核；大中型火電廠地表水岸邊水泵房±0.00 m層標(biāo)高應(yīng)按頻率1%的洪水位(或潮位)加頻率為2%的浪高再加超高0.5 m確定，±0.00 m層標(biāo)高低于頻率0.1%洪水位(或潮位)時(shí)，必須采取防洪措施；小型火電廠岸邊水泵房±0.00 m層標(biāo)高應(yīng)為頻率2%的洪水位(或潮位)加頻率2%的浪高再加超高0.5 m，±0.00 m層標(biāo)高不應(yīng)低于頻率1%洪水位。

實(shí)際上，取水泵房防洪能力與取水水體的防洪能力密切相關(guān)，體現(xiàn)在：

(1)水泵房設(shè)置于中小型水庫(kù)庫(kù)區(qū)，水庫(kù)防洪能力不能滿足水泵房防洪要求。當(dāng)發(fā)生超過水庫(kù)設(shè)防洪水，大壩毀壞甚至潰決，即便按規(guī)范要求建設(shè)水泵房，也將影響取水安全。

(2)水泵房設(shè)置于大型水庫(kù)庫(kù)區(qū)，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)高于水泵房防洪標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)發(fā)生水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水，水庫(kù)大壩處于安全狀態(tài)，若水泵房仍只按規(guī)范要求建設(shè)，亦不能保證安全取水。

因此，火電廠水泵房防洪標(biāo)準(zhǔn)問題并非孤立的事件，作為組成火電廠運(yùn)行系統(tǒng)的單體建(構(gòu))筑物，水泵房防洪標(biāo)準(zhǔn)除應(yīng)與廠區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)一致外，還應(yīng)與水泵房所在取水水體(如水庫(kù))中重要建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)，本著經(jīng)濟(jì)合理與安全可靠的原則來審視。

2 由枯水取水保證率來審視

大中型火電廠地表水取水建(構(gòu))筑物包括取水泵房應(yīng)按保證率為97%的低水位設(shè)計(jì)，并應(yīng)以保證率為99%的低水位校核；小型火電廠地表水的取水構(gòu)筑物和水泵房應(yīng)按保證率為95%的低水位設(shè)計(jì)，并應(yīng)以保證率為97%的低水位校核。

供水設(shè)計(jì)保證率P=95%、97%與99%對(duì)應(yīng)的導(dǎo)致水泵房取不到水的頻率分別為5%、3% 和1%，亦即允許取不到水時(shí)的相應(yīng)重現(xiàn)期分別為20年、33年和100年。

鑒于枯水和洪水本質(zhì)上都屬于自然界中的氣象災(zāi)害，分屬為氣象災(zāi)害中的兩類極端事件，岸邊取水工程防范洪水與防范枯水的頻率理應(yīng)大致相當(dāng)。另一方面，火電廠取水工程的防洪與防范枯水卻又存在區(qū)別：當(dāng)取水水體發(fā)生設(shè)防頻率相應(yīng)枯水事件時(shí)，水泵房將取不到水，雖影響火電廠正常運(yùn)行，一般不會(huì)造成取水建(構(gòu))筑物的損壞，而洪水卻可能造成取水建(構(gòu))筑物的毀壞，且可能難以及時(shí)修復(fù)，從而影響火電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，取水泵房的防洪重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)不宜低于防范枯水的標(biāo)準(zhǔn)。

就此而言，對(duì)應(yīng)于枯水取水保證率，大中型火電廠取水泵房防洪設(shè)計(jì)、校核頻率應(yīng)分別低于3%和1%，小型火電廠取水泵房防洪設(shè)計(jì)、校核頻率應(yīng)分別低于5%和3%。

3 由廠區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)來審視

大中型火力發(fā)電廠廠區(qū)場(chǎng)地標(biāo)高應(yīng)符合表1規(guī)定的防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表1　大中型火力發(fā)電廠廠區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)

小型火力發(fā)電廠廠區(qū)場(chǎng)地標(biāo)高應(yīng)高于重現(xiàn)期為50年一遇的洪水位。當(dāng)?shù)陀谏鲜鰳?biāo)準(zhǔn)時(shí)，廠區(qū)必須有排洪(澇)溝、防洪(澇)圍堤、擋水圍墻或其他可靠的防洪(澇)設(shè)施，應(yīng)在初期工程中按規(guī)劃規(guī)模一次建成。

根據(jù)上述規(guī)定，火力發(fā)電廠廠址防洪標(biāo)準(zhǔn)中只涉及設(shè)計(jì)頻率而無(wú)校核頻率的要求。小型火力發(fā)電廠廠址防洪設(shè)計(jì)頻率統(tǒng)一為2%，而大中型火力發(fā)電廠廠址防洪設(shè)計(jì)頻率根據(jù)火力發(fā)電廠等級(jí)而定，分別為不低于2%、1%與0.5%。

在實(shí)際工程中，規(guī)劃容量小于400 MW的大中型火力發(fā)電廠的數(shù)量相對(duì)偏少。工程實(shí)踐中大中型火力發(fā)電廠廠址的防洪設(shè)計(jì)頻率大多按1%執(zhí)行。

需要說明的是，廠址0.5%的設(shè)計(jì)防洪頻率，適用于風(fēng)暴潮嚴(yán)重地區(qū)的Ⅰ級(jí)火力發(fā)電廠，其岸邊水泵房一般要另行考慮波浪等的影響，而且現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范按照基本不允許越浪而改用波峰面高度來確定，頻率2%的浪高較老版本取值更高。因此，即便這些地區(qū)的火力發(fā)電廠的岸邊水泵房的防洪設(shè)計(jì)頻率取1%，其實(shí)際防洪能力一般不會(huì)低于廠區(qū)。

取水泵房系組成火力發(fā)電廠運(yùn)行系統(tǒng)的單體建(構(gòu))筑物，其防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與火力發(fā)電廠廠址的防洪標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致，并不宜低于廠址防洪標(biāo)準(zhǔn)。因此，大中型、小型火力發(fā)電廠取水泵房防洪設(shè)計(jì)頻率分別不應(yīng)低于1%和2%。

4 由水電站工程防洪標(biāo)準(zhǔn)來審視

《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201－94)頒布至今已近20年。為適應(yīng)新的形勢(shì)和新的要求，增強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性，結(jié)合近年來工程實(shí)踐和貫標(biāo)過程中存在的問題，水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院等組織對(duì)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了修訂工作。住建設(shè)部于2014年6月23日發(fā)布第545號(hào)公告，發(fā)布了《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201－2014)，并決定于2015年5月1日起實(shí)施，94標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)廢止。

在“水利水電工程”部分，GB50201－2014綜合考慮了近年來施行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行了相應(yīng)修訂工作。根據(jù)GB50201－2014第11.1.2條第2款的規(guī)定，水利水電發(fā)電工程的等別，應(yīng)根據(jù)裝機(jī)容量按表2的規(guī)定確定。

表2　水利水電供水、發(fā)電工程的等別

根據(jù)GB50201－2014第11.2.1條，永久性水工建筑物的級(jí)別按表3確定。

表3　永久性水工建筑物的級(jí)別

根據(jù)GB50201－2014第11.4.2條，水電站廠房的防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其級(jí)別按表4的規(guī)定確定。

表4　水電站廠房的防洪標(biāo)準(zhǔn)

表2中根據(jù)水利水電發(fā)電的裝機(jī)容量來劃分工程規(guī)模，其裝機(jī)容量的劃分標(biāo)準(zhǔn)與表1所示的火電廠規(guī)劃裝機(jī)容量并不完全對(duì)應(yīng)，但仍可用于進(jìn)行較粗略的分析?；痣姀S工程Ⅰ、Ⅱ以及Ⅲ的等級(jí)與水利水電發(fā)電的Ⅰ、Ⅱ以及Ⅲ(特大型、大型以及中型)的等別大體上是對(duì)應(yīng)的。

水電站廠房屬于主要水工建筑物，根據(jù)表2和表3，工程等別Ⅰ、Ⅱ以及Ⅲ對(duì)應(yīng)的主要水工建筑物的級(jí)別分別為1、2和3。根據(jù)表4，其防洪設(shè)計(jì)重現(xiàn)期分別為200年、200年～100年以及100年～50年，校核重現(xiàn)期分別為1000年、500年以及200年。

火力發(fā)電廠取水泵房與水電站廠房均屬于永久性水工建筑物，但其重要性應(yīng)不及后者，防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)?shù)陀谒娬緩S房。因此，大中型、小型火力發(fā)電廠取水泵房防洪設(shè)計(jì)重現(xiàn)期可分別取100年和50年，亦即防洪頻率分別取1%和2%；防洪校核重現(xiàn)期可分別取500年和200年，亦即防洪校核頻率分別取0.2%和0.5%。

5 由供水工程防洪標(biāo)準(zhǔn)來審視

根據(jù)GB50201－2014第11.1.2條第2款的規(guī)定，火力發(fā)電廠的引水流量和年引水量雖然不大，但從其供水保證率等來看卻屬重要，作為供水對(duì)象的大中型、小型火力發(fā)電廠至少應(yīng)分別屬于“特別重要”和“重要”的等別。

根據(jù)GB50201－2014第11.2.1條和第11.4.2條，供水工程水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其級(jí)別按表5的規(guī)定確定。

表5　供水工程水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)此，大中型、小型火力發(fā)電廠取水泵房防洪設(shè)計(jì)重現(xiàn)期可分別取“100年～50年”和“50年～30年”，亦即防洪頻率分別取“1%～2%”和“2%～3.3%”；防洪校核重現(xiàn)期可分別取“300年～200年”和“200年～100年”，亦即防洪校核頻率分別取“0.33%～0.5%”和“0.5%～1%”。

6 水泵房防洪頻率綜合分析

表6為根據(jù)上文諸方面的審視結(jié)論的匯總。

表6　水泵房防洪頻率諸方面審視結(jié)論匯總

綜上，小型火力發(fā)電廠岸邊水泵房現(xiàn)行防洪設(shè)計(jì)頻率、校核頻率與大中型火力發(fā)電廠岸邊水泵房現(xiàn)行防洪設(shè)計(jì)頻率均是大體合適的，不存在調(diào)整的空間。然而，大中型火力發(fā)電廠岸邊水泵房0.1%的現(xiàn)行校核標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)偏高，可以適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)，校核洪水頻率可調(diào)整為0.2%～0.5%(重現(xiàn)期500年～200年)。

7 水泵房防洪頻率的安全性初步評(píng)估

我國(guó)水庫(kù)工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)包括防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和校核標(biāo)準(zhǔn)。水庫(kù)或大壩按設(shè)計(jì)洪水位進(jìn)行設(shè)計(jì)，用更高一級(jí)的洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核。

水庫(kù)或大壩設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)即正常的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)洪水位是當(dāng)庫(kù)水遇到設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在壩前達(dá)到的洪水位。它是水庫(kù)在正常運(yùn)用情況下，允許達(dá)到的最高水位，也是擋水建筑物穩(wěn)定計(jì)算的主要依據(jù)。

水庫(kù)或大壩校核防洪標(biāo)準(zhǔn)就是水庫(kù)防御非常洪水的能力。校核洪水位是當(dāng)水庫(kù)遇到校核洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在壩前達(dá)到的洪水位。它是水庫(kù)在非常運(yùn)用情況下，允許臨時(shí)達(dá)到的最高洪水位，是確定大壩頂高及進(jìn)行大壩安全校核的主要依據(jù)。

由此可見，水庫(kù)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)是保證水庫(kù)或大壩安全校核對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)發(fā)生不高于校核標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)，水庫(kù)或大壩應(yīng)該是安全的，否則不能保證大壩安全。

火力發(fā)電廠水泵房從水庫(kù)庫(kù)區(qū)取水，水庫(kù)或大壩防洪校核標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到要求，在大壩安全的前提下即能從庫(kù)區(qū)取水，滿足水泵房的防洪安全。因此，水庫(kù)工程的防洪校核標(biāo)準(zhǔn)是評(píng)估火電廠水泵房防洪安全的最直接的指標(biāo)。

根據(jù)GB50201－2014第11.1.4條，我國(guó)水庫(kù)工程的等別按照總庫(kù)容確定，各類型水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)見表7。

表7　水庫(kù)工程的等別

根據(jù)GB50201－2014第11.2.1條、第11..3.1條等的規(guī)定，我國(guó)水庫(kù)工程的等別按照總庫(kù)容確定，各等別水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)見表8。

按照上文分析，現(xiàn)行大中型火電廠水泵房防洪校核重現(xiàn)期建議調(diào)整為500年～200年，則基于水庫(kù)工程的防洪校核標(biāo)準(zhǔn)是評(píng)估火電廠水泵房防洪安全的最直接的指標(biāo)這樣的認(rèn)識(shí)，通過對(duì)表6與表8的對(duì)比分析，可以得出如下主要結(jié)論：

(1)對(duì)于平原、濱海區(qū)水庫(kù)，小(1)型、小(2)型水庫(kù)(Ⅳ等、Ⅴ等)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)均不能滿足大中型火電廠水泵房防洪要求，中型水庫(kù)(Ⅲ等)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)下限不能滿足要求、上限則能滿足要求，大(2)型水庫(kù)(Ⅱ等)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)一般能滿足要求。

(2)對(duì)于山區(qū)、丘陵區(qū)水庫(kù)，當(dāng)壩型為土壩、堆石壩時(shí)，小(2)型水庫(kù)(Ⅴ等)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)下限不能滿足大中型火電廠水泵房防洪要求、上限則能滿足要求，小(1)型水庫(kù)(Ⅳ等)及以上等級(jí)水庫(kù)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)均能滿足要求。

(3)對(duì)于山區(qū)、丘陵區(qū)水庫(kù)，當(dāng)壩型為混凝土壩、漿砌石壩時(shí)，小(2)型水庫(kù)(Ⅴ等)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)不能滿足大中型火電廠水泵房防洪要求，小(1)型水庫(kù)(Ⅳ等)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)下限不能滿足大中型火電廠水泵房防洪要求，上限則能滿足要求，中型水庫(kù)(Ⅲ等)及以上等級(jí)水庫(kù)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)均能滿足要求。

綜上并基于我國(guó)水庫(kù)設(shè)計(jì)與建設(shè)實(shí)際，在上文分析得出的大中型火電廠水泵房防洪校核頻率調(diào)整為0.2%～0.5%的范圍內(nèi)，可進(jìn)一步予以縮小取值標(biāo)準(zhǔn)，本文初步認(rèn)為0.2%～0.33%(重現(xiàn)期500年～300年)是相對(duì)適中的取值，至于取其中的哪一具體標(biāo)準(zhǔn)，尚需基于工程結(jié)構(gòu)的可靠性并結(jié)合工程實(shí)踐等進(jìn)一步予以分析論證。

表8　水庫(kù)工程水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)

8 結(jié)論與建議

(1)火力發(fā)電廠供水水庫(kù)及岸邊水泵房防洪標(biāo)準(zhǔn)問題并非孤立事件，其防洪標(biāo)準(zhǔn)除應(yīng)與廠區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)一致外，還應(yīng)與水泵房所在取水水體(如水庫(kù))中的重要建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)協(xié)調(diào)。因此，可以從火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)的條文和國(guó)標(biāo)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定來審視火力發(fā)電廠岸邊水泵房防洪設(shè)計(jì)頻率和校核頻率的合理性與協(xié)調(diào)性。

(2)火力發(fā)電廠水泵房從水庫(kù)庫(kù)區(qū)取水，水庫(kù)或大壩防洪校核標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到要求，在大壩安全的前提下即能從庫(kù)區(qū)取水，滿足水泵房的防洪安全。因此，水庫(kù)工程的防洪校核標(biāo)準(zhǔn)是評(píng)估火電廠水泵房防洪安全的最直接的指標(biāo)。

(3)基于對(duì)規(guī)范相關(guān)條文的比較與審視，小型火力發(fā)電廠供水水庫(kù)及岸邊水泵房現(xiàn)行防洪設(shè)計(jì)頻率、校核頻率與大中型火力發(fā)電廠供水水庫(kù)及岸邊水泵房現(xiàn)行防洪設(shè)計(jì)頻率均是大體合適的，不存在調(diào)整的空間。

(4)大中型火力發(fā)電廠供水水庫(kù)及岸邊水泵房0.1%的現(xiàn)行校核頻率標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)偏高，可以適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)，本文經(jīng)過規(guī)范條文的協(xié)調(diào)分析，初步認(rèn)為取0.2%～0.33%(重現(xiàn)期500年～300年)較為適宜，至于取0.2%～0.33%中的哪一具體標(biāo)準(zhǔn)，尚需基于工程結(jié)構(gòu)的可靠性、改造的投資收益并結(jié)合工程實(shí)踐等進(jìn)一步予以分析論證。

(5)建議將GB50660－2011第4.2.3條第2款修改為：“當(dāng)從水庫(kù)取水時(shí)，水庫(kù)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于500～300年一遇，當(dāng)水庫(kù)防洪校核標(biāo)準(zhǔn)不能滿足電廠取水要求時(shí)，應(yīng)論證采取其他措施保證火力發(fā)電廠的取水可靠。”

(6)當(dāng)火力發(fā)電廠岸邊水泵房設(shè)計(jì)頻率洪水位與校核頻率洪水位相差很大時(shí)，需要對(duì)±0.00 m層標(biāo)高進(jìn)行分析論證，除此以外，針對(duì)引文指出的兩類問題，當(dāng)水泵房要求的設(shè)計(jì)、校核洪水位與水庫(kù)(或人工湖泊)設(shè)計(jì)、校核洪水位相差很大時(shí)，應(yīng)建議對(duì)水泵房防洪安全論證。

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Discussion on Flood Control Standard of Water Supplying Reservoir in Power Plant

PAN Xiao-chun, ZHANG Yang
(Jiangsu Power Design Institute Co., Ltd. of China Energy Engineering Group, Nanjing 211102, China)

Abstract:The paper examined the coordination of current different codes about the flood control standard of water pumping house and water supplying reservoir in power plant, from the coordination of the current codes, including low water assurance rate, flood control standard of plant area，flood control standard of hydropower station, flood control standard of water supply project and so on. And the paper fatherly evaluated the safety of the adjusted flood control standard of reservoir., e. Based on studies, it proved that the flood design frequency of pumping house and reservoir in the small thermal power plants and large & medium-scale power plant were suitable on the whole. While the current checking frequency of large & medium-scale power plants was too high. The optimum checking frequency was 0.2%～0.33%.It was suggested that to analysis and do the special demonstration on the flood control safety of water pump house, when there were huge differences between design flood level and check flood level of power plant water pump house and reservoir.

Key words:flood control standard; low water assurance rate; rank of project; the level of hydraulic structure; coordination.

作者簡(jiǎn)介：潘曉春(1970- )，男，江蘇姜堰人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事電力工程水文氣象勘測(cè)設(shè)計(jì)及風(fēng)電規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

* 收稿日期：2015-04-01

中圖分類號(hào)：TV122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-9913(2015)06-0034-05