桃源水电站水库预报预泄方式研究

2012-07-14姚珧

湖南水利水电 2012年3期

关键词：桃源坝址测报

姚珧

（湖南省水利水电职业技术学院长沙市 410131）

王东辉

（中南勘测设计研究院长沙市 410014）

1 桃源水电站运行方式初拟

桃源水电站为低水头径流式电站，位于沅水桃源河段，是沅水干流最末一个水电开发梯级。桃源水电站上游距凌津滩水电站38.2 km，下游距桃源县延溪河口约1.6 km，坝址紧临桃源县城，左、右岸分别为桃源县漳江垸和浔阳垸。桃源水电站淹没影响范围涉及桃源县6个乡镇的56个村。

桃源水电站正常蓄水位为39.50 m，正常蓄水位相应的库容为1.28亿m3。工程开发任务以发电为主，兼顾航运、旅游等综合利用。为合理利用水资源并尽量减小对库区淹没影响，应制定合理可行的枢纽预泄方案，及时腾库降低库水位，以控制库区回水并避免引发下游人为洪水灾害，减少库区淹没影响范围。桃源水电站按最小发电水头2 m拟定了停机流量，当入库流量小于停机流量时，水库维持正常蓄水位发电运行，当入库流量大于停机流量时，电站机组停止发电，枢纽采用预报预泄的方式控制泄流，入库流量全部通过泄洪闸下泄，直至完全恢复天然河道。

桃源水库回蓄方式以保证水库回蓄过程中不增加库区临时淹没为原则，当洪水处于退水过程，且同时满足以下两个条件时，水库关闸蓄水：

（1）桃源坝址流量小于各正常蓄水位方案的停机流量。

（2）通过五强溪水库洪水预报，桃源10 h之内及后期的入库流量不会超过各正常蓄水位方案的停机流量。

2 上游流域测报系统水文站网状况及测报范围

桃源水电站上游的五强溪、凌津滩和竹园水电站分别建设了水情测报系统。五强溪水电站水情测报系统于1995年投入运行，2004年3月完成系统改造。目前系统规模为1个中心站、4个中继站、53个遥测站，以超短波通信方式为主，GSM为备用通道双信道通信组网方式，测报范围为安江、凤滩～五强溪区间流域，控制五强溪水库坝址以上流域面积24 858 km2。凌津滩系统采用VHF数字通信组网方式，自报式工作体制，系统规模为1个中心站、2个中继站、7个遥测站组成。测报范围为五强溪～凌津滩区间流域，面积1 300 km2。竹园水库水情自动测报系统的测报区域为坝址以上流域，测报面积700 km2，系统规模为1个中心站，1个中继站，9个遥测站，系统采用超短波通信组网，自报式工作体制。

五强溪～桃源坝址区间主要的水文站是王家河站，位于五强溪到凌津滩之间的干流上，控制流域面积84 500 km2，自1956年起有水位流量观测雨量资料，1997年上迁至五强溪镇乔子坪改为五强溪（二）站。五强溪、凌津滩工程水情自动测报系统建成后，在五强溪坝下、凌津滩坝上及坝下、竹园水库坝上设立了自动水位雨量站，在三望坡、龙潭水、牛车河设立了自动雨量站。

桃源水电站干流上游的五强溪是沅水干流大型控制性工程，具有良好的调节性能；凌津滩水电站为五强溪的反调节水库，两电站完善的洪水预报系统为桃源水电站进行洪水预报预泄创造了有利条件。由于凌津滩水电站调节能力较差，而五强溪水库具有季调节性能，坝址控制集雨面积占沅水全流域面积的93%，为沅水下游干流控制性水库工程，因此，桃源水电站预报预泄研究以五强溪为依据站。

3 洪水预见期分析

桃源水库预报预泄时间根据五强溪水库的洪水预见期及五强溪到桃源坝址的洪水传播时间综合确定。

五强溪（二）站、凌津滩水情自动测报系统的坝下水位站均与桃源水文站具有较长时间的同步洪水资料，可据此分析五强溪～桃源、凌津滩～桃源的洪水传播时间。根据实测资料初步分析，常规情况下，五强溪～桃源洪水传播时间约（6～9）h，特大洪水或干流与下游区间洪水遭遇恶劣的情况下则洪水传播时间小于6 h；凌津滩～桃源洪水传播时间约（3～6）h。

五强溪～桃源区间流域略呈蝴蝶形，夷望溪和大洑溪两翼占据了大部分流域面积，测报区域形心大致位于夷望溪汇入干流的凌津滩之上的兴隆街附近，距坝址的河道距离约48 km，根据经验并结合已有资料分析，考虑区间流域汇流时间，区间降雨洪水到达流域出口（桃源）时间（9～12）h。如果降雨集中在流域上游，则传播时间可达12 h，降雨在下游或大洪水，则传播时间小于9 h。

从洪水组成分析结果看，桃源坝址或入库洪水主要取决于五强溪的出库流量。因此，以五强溪（二）水文站为上游根据站，桃源洪水预报的有效预见期（6～9）h；对于较小洪水，以凌津滩坝下水文站为上游根据站，桃源洪水预报的有效预见期（3～6）h。

4 洪水典型分析

坝址至上游凌津滩水电站属冲积平原与丘陵地貌过渡区域，凌津滩坝址以上为山区、丘陵区地貌，以上流域面积占桃源水电站坝址以上流域面积的98.9%，故本工程洪水标准按山区、丘陵区水电枢纽考虑。泄洪闸、河床式厂房及通航建筑物挡水部分正常运用洪水重现期为50年，非常运用洪水重现期为500年；土石副坝正常运用洪水重现期为50年，非常运用洪水重现期为1 000年。

考虑上游五强溪水电站的调蓄影响，桃源水电站坝址不同频率组合洪水洪峰流量见表1。

表1 桃源坝址各频率洪峰流量成果表

据调查，本工程需搬迁安置人口共36人，全部集中在双洲洲头部位，属枢纽工程建设区，桃源水库库区仅涉及土地淹没补偿，因此，桃源水电站水库预报预泄研究按考虑五强溪水库调蓄的桃源坝址2年一遇组合洪水进行。通过五强溪入库洪水的调节计算，将五强溪下泄洪水流量与五强溪至桃源区间洪水叠加，得到桃源坝址2年一遇组合洪水。洪水典型选用以沅陵至桃源区间来水为主的1969年典型和以上游来水为主的1970年典型（图1）。

图1 桃源坝址p=50%各典型组合洪水过程线

桃源坝址两个典型设计洪水与桃源水文站近年来历次实测洪水过程对比见图2。分析历次实测洪水的涨水过程可见，当流量超过桃源正常蓄水位相应停机流量的涨率均低于1969年和1970年典型的设计洪水，即相对桃源水库预泄过程而言，两个典型洪水的入库流量较实测洪水更大，库水位降低速度慢，相应坝前水位更高，桃源水库回水位更高。因此，两个典型的设计洪水较历次实测洪水过程恶劣，从偏安全考虑，本次采用1969和1970年两个典型设计洪水进行桃源水库预泄方式研究。

图2 桃源坝址典型洪水与桃源站实测洪水过程线对比图

5 水库预泄方式研究

随着洞庭湖一、二期治理工程的完成，沅水尾闾河道现状安全泄量由20 000 m3/s提高到23 000 m3/s。从总体防洪能力来看，天然情况下沅水尾闾地区堤调度方式如下：

表2 桃源水电站枢纽预报预泄调度过程表(1969年典型)

表3 桃源水电站枢纽预报预泄调度过程表(1970年典型)

当桃源入库流量接近拟定的停机流量时，水库开始加大流量预泄。为尽快腾空水库并避免坝址下游形成人为洪水灾害，控制预泄流量均采用11000 m3/s，低于桃源坝址10 h后的预报流量。枢纽控泄5 h后防防洪标准约为5年～8年一遇，考虑五强溪水库及风滩水库的削峰作用，尾闾地区防洪标准可提高到20年一遇。桃源县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，从桃源坝址上、下游河道的防洪情势分析，本河段相应警戒水位的流量估算为15 000 m3/s左右。而枢纽在正常蓄水位运行时的泄流能力介于（13 000～14 000）m3/s之间，因此，桃源水电站的预泄流量应小于13 000 m3/s。

分析1969年典型和1970典型的桃源坝址2年一遇组合洪水过程线，为保证坝址下游不形成人为洪水并尽快腾空水库库容，桃源水电站预泄过程中的控泄流量按11 000 m3/s计，正常蓄水位39.50 m工况下两种典型洪水的预泄过程见表2、表3。

由表2及表3分析，桃源水电站枢纽预报预泄即进入敞泄状态，闸门全部开启，按泄流能力泄洪，6 h左右河道完全恢复天然状态，预泄过程完成。