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        澤城西安水電站(二期)蓄水調(diào)度運(yùn)行初探

        2021-09-06 11:53:04張海燕
        山西水利 2021年4期
        關(guān)鍵詞:基流蓄水防洪

        張海燕

        (山西澤城西安水電有限公司,山西 太原030000)

        1 工程概況

        根據(jù)澤城西安水電站(二期)工程初步設(shè)計(jì)成果,水電站多年平均發(fā)電量為1 258萬(wàn)kW·h,設(shè)計(jì)裝機(jī)5 000 kW,水電站建成后可使下游梯級(jí)電站的裝機(jī)容量由5 420 kW擴(kuò)大到20 819 kW,可增加裝機(jī)容量15 399 kW;發(fā)電量由2 476萬(wàn)kW·h增加到5 522萬(wàn)kW·h,可增加發(fā)電量3 046萬(wàn)kW·h。澤城西安水電站(二期)建成后改變了清漳河干流河道洪枯分布的天然狀態(tài),優(yōu)化了下游河道徑流的時(shí)間分布,對(duì)下游河道起到改善作用。經(jīng)過(guò)水庫(kù)調(diào)節(jié),最枯年份平均每年可向下游河道補(bǔ)水994萬(wàn)m3,當(dāng)水庫(kù)發(fā)生洪水時(shí),水庫(kù)可將20年一遇洪水削峰至1 200 m3/s,可削減洪峰40%,可以提高下游河道兩岸包括麻田八路軍總部舊址在內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊及耕地的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

        澤城西安水電站(二期)工程壩址控制流域面積3 230 km2,壩址處多年平均天然徑流量2.21億m3,多年平均入庫(kù)沙量218.76萬(wàn)t,設(shè)計(jì)入庫(kù)洪峰流量3770m3/s,校核入庫(kù)洪峰流量9 070 m3/s。正常蓄水位852 m,汛限水位848 m,防洪高水位853.69 m,設(shè)計(jì)洪水位854.22 m,校核洪水位859.60 m,死水位840 m??値?kù)容9 941萬(wàn)m3,其中調(diào)節(jié)庫(kù)容2 099萬(wàn)m3,防洪庫(kù)容1 739萬(wàn)m3,調(diào)洪庫(kù)容4 456萬(wàn)m3。

        2 初期蓄水調(diào)度

        2.1 初期蓄水設(shè)計(jì)

        目前澤城西安水電站(二期)樞紐工程面板堆石壩、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道已完工,具備下閘蓄水條件。根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),參照已建工程經(jīng)驗(yàn),根據(jù)水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方式,確定初期蓄水方案為:830 m高程以下,按天然全部來(lái)水自然上升,當(dāng)庫(kù)水位蓄至822 m時(shí),維持該水位10 d;然后蓄至830 m,維持該水位15 d;830~840 m高程,控制水位上升速率≤2 m/d,當(dāng)庫(kù)水位蓄至835 m,維持該水位20 d;然后蓄水至840 m,維持該水位20 d;840~852 m高程,控制水位上升速率≤1 m/d,當(dāng)庫(kù)水位蓄至845 m,維持該水位20 d;然后蓄水至849 m,維持該水位30 d,然后蓄至正常蓄水位852 m。

        為了保證蓄水安全,水庫(kù)初期蓄水必須滿足以下條件:完成面板堆石壩、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道各分部所有土建、金結(jié)設(shè)備安裝、觀測(cè)儀器的埋設(shè)、調(diào)試。施工小導(dǎo)流洞已封堵,清除洞前圍堰。關(guān)閉導(dǎo)流泄洪洞出口弧形閘門、溢洪道進(jìn)口弧形閘門、發(fā)電引水洞進(jìn)口閘門。庫(kù)底清理需全部完成。庫(kù)區(qū)移民、搬遷需全部完成。

        2.2 蓄水調(diào)度

        2.2.1 調(diào)度原則

        澤城西安水電站(二期)水庫(kù)初期蓄水從汛后開(kāi)始,需保證初期蓄水大壩安全及滿足下游工農(nóng)業(yè)需水和河道生態(tài)基流要求。

        2.2.2 下游需水量

        下游需水量采用“山西省澤城西安水電站(二期)工程初步設(shè)計(jì)優(yōu)化方案補(bǔ)充報(bào)告”成果,詳見(jiàn)表1。

        表1 水電站(二期)工程下游需水量

        2.2.3 生態(tài)基流的確定

        河道內(nèi)環(huán)境和生態(tài)用水要求,主要考慮水庫(kù)下游河道,應(yīng)滿足給定目標(biāo)條件下的河流環(huán)境和生態(tài)功能,及河道內(nèi)所需要的流量或水量,包括維持河道內(nèi)基本功能的用水量、通過(guò)湖泊濕地用水量和河口環(huán)境和生態(tài)用水量等,根據(jù)下游河道的水質(zhì)、沖沙、水生生物等要求計(jì)算確定。

        在水庫(kù)下游河道內(nèi),沒(méi)有特殊要求,河道內(nèi)生態(tài)用水采用河道基本功能的用水量,作為河道內(nèi)環(huán)境和生態(tài)用水量。分別采用Tennant法、10年最小月平均流量法、Q95法和7Q10法計(jì)算。

        (1)Tennant法

        本方法是根據(jù)多年平均流量的百分比來(lái)計(jì)算河道生態(tài)基流,劉家莊水文站天然徑流量為2.59億m3,多年平均流量為8.21 m3/s,將多年平均流量的10%作為基流時(shí),基流為0.82 m3/s。

        (2)10年最小月平均流量法

        本方法在《制訂地方水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)原則與方法》(GB 3839-93)、《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃水資源可利用量估算方法》中推薦采用,計(jì)算方法為:一般河流河道內(nèi)生態(tài)和環(huán)境用水量采用近10年最枯月平均流量的均值。

        根據(jù)劉家莊水文站近10年(1990—2000年)實(shí)測(cè)徑流資料,10年最枯月平均流量均值為0.43 m3/s。

        (3)7Q10法

        該計(jì)算方法在《水庫(kù)調(diào)度設(shè)計(jì)規(guī)范》(征求意見(jiàn)稿)和其他文獻(xiàn)中推薦采用,計(jì)算方法為采用90%保證率年份最枯連續(xù)7 d的平均流量作為維持河道基本功能的用水流量。根據(jù)對(duì)劉家莊站1959—2000年實(shí)測(cè)流量的頻率分析,其90%保證率的徑流量為5 835萬(wàn)m3,選擇年徑流量為5 625萬(wàn)m3的1979年作為90%保證率年份,其最枯7 d平均流量為0.31 m3/s。

        (4)Q95%法

        將95%頻率下的最小月平均徑流作為河道的生態(tài)基流。根據(jù)劉家莊水文站天然年徑流頻率分析成果,P=95%年份的天然年徑流量為0.88億m3,相應(yīng)年份為1980年,1980最小月平均流量為0.25 m3/s。

        (5)河道內(nèi)生態(tài)和環(huán)境用水量

        根據(jù)以上四種方法計(jì)算出的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水量結(jié)果相差較大,考慮到下游河道內(nèi)沒(méi)有水生物,也沒(méi)有河道輸沙等要求,并且近10年發(fā)生枯水流量期間河道內(nèi)沒(méi)有發(fā)生生態(tài)災(zāi)害,所以確定取中間值0.43 m3/s作為河道的生態(tài)基流。

        2.2.4 水庫(kù)初期蓄水位預(yù)測(cè)

        在考慮下游河道生態(tài)基流和工農(nóng)業(yè)用水的條件下,如果水庫(kù)放水滿足生態(tài)基流要求,則不再專門考慮生態(tài)基流的放水。本次設(shè)計(jì)根據(jù)入庫(kù)徑流系列分別選取P=50%、P=95%頻率的平水年和枯水年進(jìn)行蓄水模擬,初期蓄水時(shí)間從汛后開(kāi)始。

        初期蓄水模擬典型年選取,根據(jù)壩址處天然徑流頻率分析進(jìn)行選取,P=50%頻率選取年份為1990年,P=95%頻率選取1997—1999年作為連續(xù)枯水段進(jìn)行模擬。根據(jù)計(jì)算可以看出:在P=50%保證率年份下,從蓄水當(dāng)年10月蓄水至蓄水次年9月,可滿足蓄水至汛限水位848 m高程的要求。在P=95%保證率下,水庫(kù)需要3年時(shí)間才可蓄水至汛限水位,蓄水過(guò)程模擬見(jiàn)表2。

        表2 P=50%頻率蓄水模擬過(guò)程

        3 正常運(yùn)用期調(diào)度

        3.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)和水庫(kù)下游安全泄量

        3.1.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

        根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-94),澤城西安水電站(二期)大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇設(shè)計(jì),1 000年一遇校核。水庫(kù)下游灘地和村鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

        3.1.2 水庫(kù)下游安全泄量

        經(jīng)對(duì)下游河道進(jìn)行過(guò)流能力進(jìn)行分析后,當(dāng)水庫(kù)下泄量控制在1 200 m3/s時(shí),可使下游免受洪水災(zāi)害,因此將1 200 m3/s作為澤城西安水電站(二期)水庫(kù)的安全泄量。

        3.2 防洪調(diào)度

        3.2.1 防洪調(diào)度原則

        一是確保大壩安全。二是防洪調(diào)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)和上級(jí)有關(guān)規(guī)定的要求。三是遇下游防洪出現(xiàn)緊急情況時(shí),在水情預(yù)報(bào)及樞紐工程可靠的條件下,應(yīng)充分發(fā)揮水庫(kù)調(diào)洪作用。四是當(dāng)水庫(kù)遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí),采取保證大壩安全非常措施時(shí)應(yīng)盡量考慮下游損失。

        3.2.2 防洪調(diào)度方法

        根據(jù)防洪要求,澤城西安水電站(二期)水庫(kù)的防洪調(diào)度按3級(jí)控制,當(dāng)水庫(kù)水位超過(guò)汛限水位848 m,但未達(dá)到防洪高水位時(shí),水庫(kù)下泄流量不超過(guò)1200m3/s,開(kāi)啟導(dǎo)流泄洪洞和1孔溢洪道閘門控制下泄;當(dāng)水庫(kù)水位超過(guò)防洪高水位時(shí),開(kāi)啟導(dǎo)流泄洪洞和3孔溢洪道閘門控制下泄;當(dāng)水庫(kù)水位超過(guò)設(shè)計(jì)洪水水位時(shí),開(kāi)啟導(dǎo)流泄洪洞和5孔溢洪道閘門控制下泄;但最大下泄流量不得超過(guò)入庫(kù)洪峰流量。

        3.2.3 洪水調(diào)節(jié)成果

        根據(jù)以上水庫(kù)洪水調(diào)度原則,不同頻率洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果見(jiàn)表3。

        表3 洪水調(diào)節(jié)成果表

        3.3 發(fā)電調(diào)度

        發(fā)電調(diào)度原則服從水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行原則,即非汛期水庫(kù)盡量抬高水位,增大發(fā)電水頭,但水位最高不超過(guò)正常蓄水位852 m;汛期時(shí),兼顧防洪、排沙任務(wù),發(fā)電水位不超過(guò)汛限水位848 m。

        4 建議

        根據(jù)水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方式及初期蓄調(diào)水方案,盡快完成水電站庫(kù)區(qū)征地移民工作,以滿足水庫(kù)蓄水發(fā)電要求。

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