福建潭头水电站水库调度及回水推求

程功文 张 迈

(温州市水利电力勘测设计院 浙江温州 325011)

1 概况

1.1 工程概况

潭头水电站为福建省赛江东溪干流水电开发项目。东溪为赛江的东源干流,发源于浙江省泰顺县,流经福建省福鼎、柘荣、寿宁、福安等市(县)境内,于福安市城阳乡东口村与西源支流——西溪汇合,东溪流域面积2092km2,东溪流域内行政区划涉及福安市的上白石镇、潭头镇、城阳乡及柘荣县和浙江泰顺县一些乡镇。

潭头水电站工程由拦河闸坝、引水发电系统、厂房及开关站组成。坝址以上控制集雨面积2060km2,水库总库容2351.7万m3,厂址处控制集雨面积2070km2。

拦河闸坝设7孔溢流堰,每孔净宽14m,堰顶高程为31.0m,最大坝高26.0m(水库正常蓄水位为45.5m,死水位为 44.0m),引水隧洞全长424.0m,断面为圆形,不衬砌洞径为10m,衬砌后洞径为9m。

发电厂房内安装2台单机容量为12MW 的轴流转浆式水轮发电机组,额定水头16.85m,流量为178m3/s。

1.2 东溪干流水电开发规划概况

潭头闸坝上游东溪流域内仅有上白石水文站,再往下游,东西溪交汇口下游600m处有白塔水文站,上白石水文站控制集雨面积1628km2,观测项目有水位、流量、降雨量等。白塔水文站控制集雨面积3270km2,观测项目有流量、水位、降雨量等。

根据规划报告中有关内容,规划方案为三级开发方案;第一级为财洪水电站,为河床式电站,坝址以上集雨面积为1650km2,正常蓄水位初拟为62m;第二级为潭头水电站,引水式,坝址以上集雨面积为2060km2,正常蓄水位初拟为45m;第三级为湖塘板水电站,河床式,坝址位于东溪与西溪干流汇合口下游约100m,坝址以上集雨面积3270km2,正常蓄水位初拟为26m。

图1 坝厂址位置图

2 防洪水力计算

2.1 防洪水力计算任务

防洪水力计算任务为以白塔水文站水位-流量关系为下边界,向上游推算不同频率洪峰流量时湖塘板电站闸坝上游水位→潭头电站厂房下游水位-流量关系→潭头电站大坝下游水位-流量关系→坝上不同频率水位→上游村镇防洪标准下的防洪水位,

并分析潭头电站下游湖塘板电站建与不建对上游水位的影响。

2.2 防洪水力计算条件

由于潭头电站大坝、厂房下游水位同湖塘板电站建设有关系,因此防洪水力计算按湖塘板建前和建后分别计算坝、厂址处洪水位。

防洪水力计算基本条件:潭头电站大坝正常蓄水位为45.5m,闸址堰顶高程31.0m,闸坝为7孔,每孔净宽为14m,湖塘板电站正常蓄水位采用26.0m,堰顶高程为21.0m,闸宽为160m。

2.3 防洪水力计算方法

防洪水力计算包括沿程水位计算及水流过闸坝水位计算。沿程水位计算采用恒定非均匀流伯努利方程逐断面推求,水流过闸坝计算可根据闸坝下游水位采用宽顶堰水力学计算公式试算闸坝上游水位。

2.4 有关参数的选择

由于河道断面、河道糙率对沿程洪水位影响较大,为了较准确地计算水位,河道断面采用实测断面,河道糙率根据历史洪水验证,经验证糙率为0.04～0.045。

2.5 防洪标准

潭头电站防洪标准主要包括闸坝防洪标准电站厂房防洪标准及上游各村镇防洪标准。

根据 《防洪标准》GB50201-94、《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》 (SL252-2000)、《城市防洪工程设计规范》 (CJJ50-92)、《水电工程水库淹没处理规划设计规范》 (DL/T5064-1996),潭头电站闸坝设计洪水标准为50年一遇,校核洪水标准为500年一遇。厂房设计洪水标准为50年一遇,校核洪水标准为100年一遇。上游村镇防洪标准根据闸坝上游潭头镇人口规模确定为20年一遇。

2.6 防洪水力计算

由于潭头电站坝址上游洪水位同闸坝洪水调度方式有关,因此防洪水力计算前应根据上游村镇防洪要求合理确定洪水调度方式。

2.6.1 洪水调度方式

洪水调度方式考虑潭头电站建闸坝后以不应降低坝上游潭头镇的防洪标准为前提,拟定两种洪水调节方式。

调度方式一:以闸坝上游潭头镇水位为控制的调度方式,具体调度方式如下。①当库水位低于正常水位45.50m时,闸门均处于关闭状况,洪水调蓄于水库中,直至水库水位上蓄至45.50m;

②当遭遇洪水时,闸前潭头镇洪水位高于46.0m,由闸门调节闸前水位,尽量维持潭头镇处的洪水位不超过46.0m,随着洪水流量增大,闸门开启数量相应增加,闸门开度相应增大,以控制闸前潭头镇水位不超过46.0m,直至闸门全打开;

③当闸门全开后,随着洪水流量的增大,闸前水位及潭头镇水位则相应升高。

调度方式二:以闸前水位为控制的调度方式以维持闸前水位为45.5m来调度洪水,具体调度方式如下。

①当闸前水位低于45.50m时,闸门均处于关闭状态,洪水调蓄于水库中,直至水库水位上蓄至45.50m;

②当遭遇洪水,闸前水位高于45.50m,则开始启闸泄洪,随着洪水流量增大,闸门开启数量相应增加,闸门开度相应增大,以控制闸前水位不超过45.50m,直至闸门全打开;

③当闸门全开后,随着洪水流量增大,闸前水位相应升高。

表1 两种调度方式比较表

2.6.2 调度方式比较及确定

从表1调度方式洪水位比较表可知:二种洪水调度方式对水库的设计洪水位及校核洪水位几乎无影响,原因是设计洪水及校核洪水时,闸门均以全开泄洪,但闸坝上游潭头镇遇20年一遇防洪标准的洪水时,二种调度方式对潭头镇的洪水位影响较大,原因是调度方式一在20年一遇洪峰时,为降低潭头镇洪水位,闸门以全开泄洪,闸前水位低;而调度方式二,在 20年一遇洪峰时,闸前水位均可保持在45.50m,闸门未全开泄洪,潭头镇洪水位相应较高。

从以上二个调度方式计算结果比较表明:调度方式一能根据实际的防洪对象来拟定切合实际的调度方式,充分发挥闸坝的泄洪能力,降低潭头镇20年一遇防洪标准的洪水位,科学合理,因此推荐调度方式一。

2.6.3 回水推求

由于湖塘板电站为规划中电站,尚未开工建设,因此为科学合理地计算湖塘板电站上游的洪水位,需分析湖塘板电站大坝建设前及建设后、潭头电站闸址建设后不同工况组合下的洪水位,以分析建坝后对沿程洪水位影响程度。

湖塘板电站建前及建后、潭头电站闸坝建后洪水位分析成果见表2。

表2 湖塘坂电站建前与建后各断面水位比较表

从表2中计算表明:当河道建有闸坝时,闸坝上下游会出现水位壅高,水位壅高值的大小随着洪峰流量的加大而加大,当上下游均建有水工建筑物时,下游建筑物建后对上游水位会出现一定程度的壅高,壅高值的大小随着距离的增加而减小,慢慢趋近于零。

3 结语

(1)采用恒定非均匀流推求水面线时,糙率的选取对水位推求成果影响较大,应采用历史大洪水对糙率进行验证计算。

(2)闸坝建后工程对上游水位的影响值随着距离的增大慢慢变小;距离越大,则水位影响越小。

(3)若上游有防洪对象,则闸坝泄洪时洪水调度宜根据上游对象及防洪要求来确定科学合理、切合实际的调度方式。

1 《水力学计算手册》李炜主编.武汉大学水力水电学院水力学流体力学教研室.

2 《城市防洪工程设计规范》(CJJ50-92).

3 防洪标准(GB5021-94).

4 《水电工程水库淹没处理规划设计规范》(DL/T5064-1996)