峡山水库淹没影响范围分析

陈慈洲，黄 洪，吴 洋

（赣州市水利电力勘测设计研究院，江西 赣州 341000）

1 工程概况

峡山水电站地处赣江水系贡水干流江西省于都县罗坳镇的峡山河段，属河道型水库，库区地形开阔，人口密集，耕地连片。峡山水库坝址流域面积16013 km2，正常蓄水位109.80 m（黄海高程，下同），设计洪水位114.68 m（P＝2%），校核洪水位 116.69 m（P＝0.33%），水库总库容9600万m3。电站属低水头径流式，装机容量36 MW（12 MW×3台），为贯流式水轮发电机组，最大发电引用流量927 m3/s（单台机额定流量309 m3/s×3台），设计水头 4.45 m，多年平均发电量 1.34亿 kW·h。 水库具有日调节性能，是一座以发电为主、兼有航运等综合利用的中型水利枢纽工程。水库淹没处理采用的设计洪水标准居民迁移线为20年一遇，土地征用线为5年一遇。

峡山水电站工程自2010年8月开工兴建，于2013年4月建成投产试运行。本文以峡山水电站工程为例，就低水头径流式电站规划设计中常遇到的水库淹没影响范围进行分析，与同行们讨论。

2 水库运行方式

水库淹没影响范围与水库的运行方式有直接关系。低水头电站一般有全年维持正常蓄水位运行、设汛期限制水位运行、考虑洪水预报后动态控制水位运行等3种方式。在峡山水电站工程设计论证时，为尽量降低水库淹没损失，又充分利用水头发挥电站效益，对不同运行调度方式与水库的淹没影响作了分析比较。

峡山水库若按全年维持正常蓄水位运行，为达到降低水库淹没损失的目的，就必须降低水库正常蓄水位。经过方案比选，正常蓄水位已不宜低于109.80 m，否则电站发电利用水头过低，水库淹没损失减幅小，工程技术经济指标差。

峡山水库若按设汛期限制水位运行，根据峡山水库汛期水库回水计算成果，在汛期遇淹没补偿标准洪水时，坝前壅水很小，河道已基本恢复天然状态，汛期水库回水对库区淹没变化产生的影响很小，因此设汛限水位不仅不能有效降低水库淹没损失，反而对电站发电效益影响明显。

上述两种运行调度方式均不利于有效减少水库淹没损失和充分发挥电站效益。峡山水库上游贡水干流及支流梅江上设有国家基本水文测站，控制条件好，通过实测洪水进行相应入库洪水流量预报的条件较好，根据所处流域条件和水库的特性，选择考虑洪水预报后动态控制库水位运行方式。该运行方式如下：

1）电站正常发电期间，库水位一般维持在正常蓄水位109.80 m至正常消落水位109.30 m之间运行。

2）当水库遇洪水来临，预报入库流量≤2000 m3/s时，此时电站仍能发电，水库按来水流量下泄，库水位维持正常蓄水位109.80 m运行。

3）当预报入库流量＞2000 m3/s时，此时电站停机不发电，水库闸门逐渐全开敞泄，库水位降至108.30m运行，水库泄洪按不大于天然来量下泄，基本维持河道天然状态。

4）当一次洪水过后，逐渐关闸蓄水，电站恢复发电，库水位维持在正常蓄水位109.80 m至正常消落水位109.30 m 之间运行。

3 水库淹没影响范围分析

3.1 水库回水分析及其特点

3.1.1 水面线计算

水库回水水面线是确定水库淹没范围的主要依据。按规范规定应分别推求相应5%、20%洪水标准时水库建库前与建库后的汛期和非汛期水面线。但因峡山水库遇淹没补偿标准洪水时，电站已不发电，闸门敞泄，河道基本恢复天然状态，则其水库淹没影响主要为正常蓄水位与电站停机流量及其以下各级流量产生的回水影响。故根据峡山水库的特性及其运行方式，需分别推求20年一遇洪水以内各级流量的建库前、建库后水面线。采用求解恒定渐变流微分方程，通过河道纵横断面资料、断面流量和河段糙率系数由下断面水位推求上断面水位，计算的基础条件如下：

1）库区断面：共实测有24个库区河道横断面。

2）计算流量：各流量级差以50～100 m3/s左右分级，由最小发电流量逐级计算至20年一遇洪水。

3）河道糙率：在计算大、中、小流量级水面线时河道糙率系数分别根据调查的1995年历史洪水水面线、实测的2010年洪水水面线、实测的中低水水面线反求率定。

4）计算起始水位：建库前各级流量坝址断面起始水位由坝址水位流量关系查取，建库后坝前水位通过调洪（调节）计算推求。

本文根据所试算的各级流量水面线成果，在不影响确定回水外包线的条件下，列出相应设计标准内主要流量级的水库回水成果，见表1。

3.1.2 水库回水特点

根据推算的峡山水库20年一遇洪水标准以内各级流量的水面线成果，当峡山水库遇额定流量927 m3/s时，坝前壅水 5.20 m，回水尖灭点距坝址 21.03 km；遇停机流量时，坝前壅水3.46 m，回水尖灭点距坝址17.78 km处；遇2350 m3/s时，坝前壅水1.45 m，回水尖灭点距坝址13.46 km；随着流量增加同时水库闸门逐渐全开泄洪，坝前壅水越来越小，水库回水尖灭点逐渐移至坝前，河道基本恢复到天然状态。可见，峡山水库回水水面线具有平原河道型水库的一般特性：当流量小时，回水尖灭点离坝址远，但末端水位低；当流量大时，回水尖灭点离坝址近，但末端水位高；当闸门全开敞泄时回水尖灭点将移至坝前，如图1所示。

3.2 水库回水外包线

峡山水库20年一遇、5年一遇汛期与非汛期的回水水面线已在坝前尖灭，但其以下的各级流量总有若干个流量级的回水水面线不能在坝前尖灭，采用设计标准内所有流量级的回水水面线进行外包，如图1和表2所示。图1中，ABC段则为水库回水外包线所示的AB段，可以看出往往是小流量时的回水范围，但所引起的淹没损失往往不是少量，且又是因为正常发电运行所造成，必须纳入外包范围，避免出现小流量时库中、尾部淹没范围又包不住的问题。

3.3 水库淹没影响范围确定

根据上述确定的峡山水库回水外包线成果，再考虑水库风浪、船行波等影响，以及水库蓄水后渗漏、坍岸、浸没等影响，便可综合确定峡山水库各设计洪水标准的淹没处理范围。

表1 峡山水库各频率洪水及各级流量时回水成果表

依据规范规定及结合工程实际情况，可在回水影响不显著的坝前段，考虑水库风浪、浸没等综合影响小于1.0 m时，按高于正常蓄水位1.0 m作为居民迁移线；小于0.5 m时，按高于正常蓄水位0.5 m作为耕地征用线，据此可确定相应淹没处理洪水标准的水库淹没影响范围，见表3和图2。

4 结语

本文对峡山水电站的实例分析成果，已经历了2013年中小流量洪水的检验，库区实际淹没范围与设计推算的较为吻合。水库淹没影响范围的分析，尤为重要的还是如何合理分析水库回水引起的淹没区范围，笔者建议如下：

1）低水头径流式电站的淹没影响十分敏感，与水库运行调度方式有密切关系，采用合理可行的调度运行方式，既可有效减少水库淹没损失，又能充分发挥电站效益。

图1 峡山水电站水库回水曲线示意图

表2 设计标准内所有流量级回水外包分析成果表m

表3 峡山水库淹没影响范围m

图2 峡山水库淹没影响范围示意图

2）在分析低水头径流式电站的水库回水外包线时，除了要计算相应淹没补偿标准洪水的水面线之外，要重视对补偿标准洪水内小流量时的水库回水分析，以避免出现小流量时库中、尾部常年淹没范围包不住的问题。

3）低水头径流式电站遇停机流量时产生的水库淹没范围往往甚广，在工程设计过程中宜对装机容量方案多做比选。

［1］SL290－2009，水利水电工程建设征地移民安置规划设计规范［S］.

［2］DL/T5064－2007，水电工程建设征地移民安置规划设计规范［S］.

［3］沙锡林.贯流式水电站［M］.北京：中国水利水电出版社，1999.

［4］赣州市水利电力勘测设计研究院.于都县峡山水电站工程可行性研究报告［R］.2010.