昆崳山水庫(kù)對(duì)文登抽水蓄能電站下水庫(kù)施工期洪水及初期蓄水的影響研究

李永林，梁 標(biāo)，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(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024)

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昆崳山水庫(kù)對(duì)文登抽水蓄能電站下水庫(kù)施工期洪水及初期蓄水的影響研究

李永林1，梁 標(biāo)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(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024)

山東文登抽水蓄能電站下水庫(kù)上游有未完工的昆崳山水庫(kù)，其對(duì)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(kù)及昆崳山水庫(kù)至文登下水庫(kù)區(qū)間水文資料為依據(jù)，通過(guò)計(jì)算分析，確定昆崳山水庫(kù)對(duì)下水庫(kù)施工期洪水和初蓄期的影響。

昆崳山水庫(kù);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(xiàng)目，其下水庫(kù)位于威海市文登區(qū)界石鎮(zhèn)境內(nèi)楚峴村附近，下水庫(kù)上游有未完工的昆崳山水庫(kù)。根據(jù)昆崳山水庫(kù)及昆崳山水庫(kù)至文登下水庫(kù)區(qū)間水文資料，通過(guò)洪水調(diào)洪演算和蓄水調(diào)節(jié)計(jì)算[1]，分別確定昆崳山水庫(kù)對(duì)下水庫(kù)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(qū)文登市界石鎮(zhèn)境內(nèi)[2]，電站總裝機(jī)容量1 800 MW，電站建成后接入山東電網(wǎng)，主要承擔(dān)山東省及膠東地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰、填谷及事故備用的任務(wù)。

本工程屬Ⅰ等大(1)型工程。樞紐工程由上水庫(kù)、下水庫(kù)、水道系統(tǒng)、電站廠(chǎng)房、開(kāi)關(guān)站及出線(xiàn)場(chǎng)等組成。上水庫(kù)正常蓄水位625.00 m，死水位585.00 m，正常蓄水位以下庫(kù)容924萬(wàn)m3。下水庫(kù)正常蓄水位136.00 m，死水位110.00 m，正常蓄水位以下庫(kù)容1 109萬(wàn)m3。水道系統(tǒng)由上水庫(kù)進(jìn)/出水口、引水隧洞、尾水閘室、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞、下水庫(kù)進(jìn)/出水口組成。電站廠(chǎng)房建筑物分地下和地上2部分，其中地下廠(chǎng)房洞室群位于水道系統(tǒng)中部，主要有地下主、副廠(chǎng)房、主變洞、尾水事故閘門(mén)室、進(jìn)廠(chǎng)交通洞、通風(fēng)洞及通風(fēng)支洞、母線(xiàn)洞、出線(xiàn)洞、尾水調(diào)壓室、排風(fēng)豎井等，地面建筑物主要有500 kV地面開(kāi)關(guān)站、中控樓、廠(chǎng)外油庫(kù)等。

1.2 昆崳山水庫(kù)

昆崳山水庫(kù)位于文登縣柳林莊西1 km處母豬河上游，原設(shè)計(jì)總庫(kù)容1 062.1萬(wàn)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(jī)320 kW。

文登市昆崳山水庫(kù)在建設(shè)過(guò)程中，由于國(guó)家壓縮基建投資，于1983年停工，當(dāng)時(shí)主壩壩頂高程已達(dá)到166.37 m，溢流口頂高程164.00 m，溢流口長(zhǎng)度40 m，溢流口兩側(cè)混凝土心墻上游設(shè)置1 m厚的漿砌石塊石墻，其頂高程為167.37 m。1993年，進(jìn)行了一次續(xù)建，將1983年昆崳山水庫(kù)主壩工程停工時(shí)預(yù)留泄水缺口填平，高程由164.00 m提高至166.37 m，相應(yīng)庫(kù)容達(dá)到405萬(wàn)m3。水庫(kù)死水位147.00 m，死庫(kù)容46.6萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容為358.4萬(wàn)m3。

1.3 水文條件

本地區(qū)降水量在年內(nèi)分配很不均勻，汛期6—9月，受偏東、偏南季風(fēng)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(shí)僅幾個(gè)小時(shí)?？菟?2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(kù)及昆崳山水庫(kù)-文登下水庫(kù)大壩區(qū)間洪水過(guò)程線(xiàn)及蓄水徑流典型年成果分別見(jiàn)表1、2。

2 昆崳山水庫(kù)運(yùn)行方式對(duì)下水庫(kù)施工洪水的影響

由于文登抽水蓄能電站下水庫(kù)位于昆崳山水庫(kù)下游，下水庫(kù)施工導(dǎo)流洪峰流量可考慮昆崳山水庫(kù)的調(diào)蓄作用，應(yīng)分別計(jì)算以下3種工況[3-9]，每種工況均應(yīng)考慮P=10%、P=2%兩種頻率設(shè)計(jì)洪水過(guò)程。

工況1：設(shè)計(jì)洪水全部蓄入昆崳山水庫(kù)庫(kù)內(nèi)，不通過(guò)缺口下泄流量，此工況下下游施工導(dǎo)流流量最小，僅需考慮昆崳山水庫(kù)壩址-下水庫(kù)壩址區(qū)間洪峰流量。計(jì)算應(yīng)通過(guò)調(diào)洪演算反算該工況下昆崳山水庫(kù)運(yùn)行最高水位。

工況2：設(shè)計(jì)洪水來(lái)臨前，水庫(kù)滿(mǎn)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(kù)滿(mǎn)蓄以便作為下水庫(kù)蓄水水量的時(shí)段。計(jì)算應(yīng)根據(jù)缺口體型分析缺口及壩體溢流泄流曲線(xiàn)，并通過(guò)調(diào)洪演算計(jì)算下泄洪水過(guò)程線(xiàn)，下泄洪水過(guò)程線(xiàn)應(yīng)與昆崳山水庫(kù)壩址-下水庫(kù)壩址區(qū)間洪峰流量疊加，得出該時(shí)段下水庫(kù)施工導(dǎo)流洪峰流量。

表1 下水庫(kù)洪水過(guò)程線(xiàn) /(m3·s-1)

表2 設(shè)計(jì)年徑流量年內(nèi)分配成果表 /萬(wàn)m3

工況3：在工況1和工況2昆崳山水庫(kù)起調(diào)水位之間選取不同典型水位進(jìn)行調(diào)洪演算，以便于通過(guò)監(jiān)測(cè)昆崳山水庫(kù)庫(kù)水位來(lái)確定文登下水庫(kù)施工導(dǎo)流流量。

由于洪水歷時(shí)短，洪峰流量大，施工供水水量和發(fā)電水量可忽略不計(jì)，各工況調(diào)洪演算未考慮施工供水水量和發(fā)電水量。

2.1 工況1調(diào)洪演算成果

工況1條件下昆崳山水庫(kù)無(wú)下泄流量，來(lái)水全部蓄入庫(kù)內(nèi)，分別對(duì)P=2%、P=10%頻率洪水進(jìn)行調(diào)洪演算[10]，并反算其最高起調(diào)水位，庫(kù)水位過(guò)程線(xiàn)及最高起調(diào)水位計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1、2。

圖1 工況1昆崳山水庫(kù)水位過(guò)程線(xiàn)計(jì)算成果圖

圖2 工況1下水庫(kù)壩址洪水過(guò)程線(xiàn)計(jì)算成果圖

通過(guò)調(diào)洪演算得出P=2%頻率洪水昆崳山水庫(kù)最高起調(diào)水位為153.33 m，P=10%頻率洪水昆崳山水庫(kù)最高起調(diào)水位為158.97 m。

2.2 工況2調(diào)洪演算成果

工況2以缺口高程166.37 m為起調(diào)水位分別對(duì)P=2%、10%兩種頻率設(shè)計(jì)洪水過(guò)程進(jìn)行調(diào)洪演算，計(jì)算成果見(jiàn)圖3、4。

圖3 工況2昆崳山水庫(kù)水位過(guò)程線(xiàn)計(jì)算成果圖

圖4 工況2下水庫(kù)壩址洪水過(guò)程線(xiàn)計(jì)算成果圖

通過(guò)調(diào)洪演算得出P=2%、P=10%頻率洪水經(jīng)過(guò)昆崳山水庫(kù)調(diào)洪后，下水庫(kù)壩址洪峰流量分別為421.20、271.19 m3/s。

2.3 工況3調(diào)洪演算成果

根據(jù)工況1和工況2計(jì)算結(jié)果，在工況1和工況2昆崳山水庫(kù)起調(diào)水位之間每隔1 m選取1個(gè)水位進(jìn)行調(diào)洪演算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

3 下水庫(kù)施工導(dǎo)流方案

3.1 下水庫(kù)擋水壩施工導(dǎo)流

下水庫(kù)區(qū)攔河壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，施工導(dǎo)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(dǎo)流方式，導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4級(jí)。初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇洪水；中期導(dǎo)流壩體臨時(shí)斷面攔蓄庫(kù)容0.01億m3，中期壩體度汛標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇洪水[11-13]。

圖5 工況3調(diào)洪演算計(jì)算成果圖

3.2 下水庫(kù)進(jìn)/出水口施工導(dǎo)流

下水庫(kù)進(jìn)/出水口施工期采用預(yù)留巖坎擋水，考慮下水庫(kù)進(jìn)/出水口作為尾水隧洞進(jìn)/出口段施工通道及施工時(shí)段基本都在壩體擋水度汛時(shí)段，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇洪水；下水庫(kù)第3年3月初開(kāi)始進(jìn)行首臺(tái)機(jī)組發(fā)電前初期蓄水，進(jìn)/出水口閘門(mén)擋水，度汛標(biāo)準(zhǔn)采用100年一遇洪水。

3.3 下水庫(kù)施工導(dǎo)流擋水建筑物高程確定

根據(jù)各工況計(jì)算結(jié)果及導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)確定下水庫(kù)施工導(dǎo)流建筑物頂高程，進(jìn)而分析昆崳山水庫(kù)運(yùn)行方式對(duì)下水庫(kù)擋水壩施工導(dǎo)流的影響，見(jiàn)表3。

4 昆崳山水庫(kù)對(duì)下水庫(kù)初期蓄水的影響

4.1 昆崳山水庫(kù)需水量分析

(1) 昆崳山水庫(kù)蒸發(fā)滲漏

表3 昆崳山水庫(kù)運(yùn)行方式對(duì)下水庫(kù)擋水壩施工導(dǎo)流影響分析成果表

昆崳山水庫(kù)年滲漏水量12萬(wàn)m3，年蒸發(fā)水量10.58萬(wàn)m3。

(2) 昆崳山水庫(kù)需水量

昆崳山水庫(kù)原設(shè)計(jì)任務(wù)為供水、灌溉，因工程資金所限，現(xiàn)狀規(guī)模沒(méi)有達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，未保留農(nóng)田灌溉水量。文登市水利局出具了“關(guān)于昆崳山水庫(kù)不承擔(dān)灌溉功能的函”，因此昆崳山水庫(kù)的現(xiàn)狀任務(wù)為供水。

昆崳山水庫(kù)年供水量從2003年開(kāi)始趨于穩(wěn)定，基本維持在150萬(wàn)m3左右， 2003—2007年的平均值為151.8萬(wàn)m3，1998—2012年平均為134.5萬(wàn)m3，綜合分析本次取150萬(wàn)m3計(jì)算。年內(nèi)分配按2003—2007年平均比例進(jìn)行，昆崳山水庫(kù)供水量及年內(nèi)分配采用成果見(jiàn)表4。

(3)下游生態(tài)需水

昆崳山水庫(kù)應(yīng)首先滿(mǎn)足供水任務(wù)，并兼顧生態(tài)環(huán)境用水，按照多年平均流量的10%泄放生態(tài)流量，即52.1萬(wàn)m3。

4.2 本電站需水量

(1) 初期蓄水需水量

表4 昆崳山水庫(kù)供水量采用成果表 /萬(wàn)m3

根據(jù)初期蓄水期用水量分析計(jì)算成果，電站初期蓄水期需水總量為889.9萬(wàn)m3。

(2) 下游生態(tài)需水[15]

按照昆崳山-下水庫(kù)壩址區(qū)間多年平均流量的10%泄放生態(tài)流量，即17.8萬(wàn)m3。

4.3 調(diào)節(jié)計(jì)算原則

本次昆崳山水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，從昆崳山水庫(kù)取用水量的順序?yàn)椋豪Ｉ剿畮?kù)入庫(kù)水量扣除水庫(kù)蒸發(fā)滲漏后，依次保障供水任務(wù)、蓄能電站補(bǔ)水、生態(tài)用水。

4.4 水庫(kù)初期蓄水期可供水量分析

下水庫(kù)是在工程開(kāi)工的第3年2月底具備蓄水條件，到第5年10月底第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電，下水庫(kù)初期蓄水可利用時(shí)間為2年零8個(gè)月，第2～4臺(tái)機(jī)組每隔4個(gè)月投產(chǎn)1臺(tái)，最后2臺(tái)機(jī)組每隔3個(gè)月投產(chǎn)1臺(tái)，直到第7年4月底全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。昆崳山水庫(kù)初始庫(kù)容取無(wú)本工程的昆崳山水庫(kù)長(zhǎng)系列徑流調(diào)節(jié)時(shí)典型年前一年的剩余庫(kù)容，進(jìn)行水量平衡計(jì)算。

昆崳山水庫(kù)來(lái)水扣除昆崳山水庫(kù)蒸發(fā)滲漏后，首先滿(mǎn)足昆崳山水庫(kù)下游供水任務(wù)，剩余水量提供給文登抽水蓄能電站使用，由于首臺(tái)機(jī)組調(diào)試前初期蓄水時(shí)間較長(zhǎng)，有29個(gè)月，在此期間兼顧考慮泄放生態(tài)流量；首臺(tái)機(jī)組調(diào)試后第2～4臺(tái)機(jī)組每隔4個(gè)月投產(chǎn)1臺(tái)，最后2臺(tái)機(jī)組每隔3個(gè)月投產(chǎn)1臺(tái)，電站所需水量較大，為滿(mǎn)足本電站初期蓄水需求，會(huì)對(duì)生態(tài)用水有所影響。文登抽水蓄能電站下水庫(kù)初期蓄水能力分析成果見(jiàn)表5。

由以上分析可知，在所有機(jī)組投產(chǎn)時(shí)，昆崳山水庫(kù)總計(jì)提供水量1 053.6萬(wàn)m3，區(qū)間來(lái)水量462.6萬(wàn) m3，在此期間扣除生態(tài)用水290.6萬(wàn)m3、施工用水量203.6萬(wàn)m3和蒸發(fā)、滲漏損失水量132.1萬(wàn)m3。抽水蓄能電站蓄水量為889.9萬(wàn)m3，可以滿(mǎn)足6臺(tái)機(jī)發(fā)電的需求。在此期間影響下游1個(gè)月生態(tài)用水量約0.7萬(wàn)m3。

表5 文登抽水蓄能電站初期蓄水能力分析表 /萬(wàn)m3

4.5 水庫(kù)初期蓄水期生態(tài)補(bǔ)水措施研究

根據(jù)水庫(kù)初期蓄水水量分析計(jì)算，在保證電站初期蓄水需求，保證機(jī)組正常發(fā)電的前提下，將會(huì)影響生態(tài)流量泄放0.7萬(wàn)m3。

根據(jù)水文成果，75%典型年2月份昆崳山水庫(kù)-柳林莊區(qū)間來(lái)水量為4.2萬(wàn)m3，平均每日來(lái)水0.14萬(wàn)m3，下庫(kù)永久泄洪放空洞僅需提前下閘6 d即可補(bǔ)蓄0.7萬(wàn)m3，下庫(kù)圍堰堰前水位98.5 m(堰前水深2.5 m)，滿(mǎn)足初期蓄水期生態(tài)流量泄放要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)昆崳山水庫(kù)及文登下水庫(kù)水文資料計(jì)算分析文登下水庫(kù)工程區(qū)施工期洪水過(guò)程及初期蓄水水量，確定了昆崳山水庫(kù)對(duì)下水庫(kù)施工期洪水及初期蓄水的影響，主要結(jié)論如下：

(1) 昆崳山水庫(kù)的調(diào)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(kù)施工導(dǎo)流洪峰流量，進(jìn)而減少下水庫(kù)施工導(dǎo)流工程量，對(duì)文登抽水蓄能電站下水庫(kù)施工起到積極促進(jìn)作用。

(2) 由于文登抽水蓄能電站下水庫(kù)圍堰工程為施工總承包項(xiàng)目，施工單位在下水庫(kù)擋水壩及進(jìn)/出水口施工前應(yīng)在昆崳山水庫(kù)壩前設(shè)置水位監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控昆崳山水庫(kù)壩前水位，并根據(jù)表1查得相應(yīng)洪峰流量及擋水水位以確定下水庫(kù)圍堰工程施工方案。

(3) 昆崳山水庫(kù)通過(guò)蓄水前一次性補(bǔ)水及蓄水期連續(xù)補(bǔ)水，累計(jì)為文登抽水蓄能電站補(bǔ)水1 055.1萬(wàn)m3，為文登抽水蓄能電站初期蓄水的重要補(bǔ)水水源，保障了電站的初期發(fā)電需求。

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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

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10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.014