金华电航工程设计洪水复核及防洪安全评价

胡 锦 蘅，　余　波，　田 明 丰

(1.西华大学 能源与动力工程学院，四川 成都　610039；2.国家电网明珠电力公司，四川 遂宁　629200)

金华电航工程设计洪水复核及防洪安全评价

胡 锦 蘅1，余波1，田 明 丰2

(1.西华大学 能源与动力工程学院，四川 成都610039；2.国家电网明珠电力公司，四川 遂宁629200)

摘要：金华电航工程从1999年起投入运行至今已近二十年，大坝主体可能存在一定的安全隐患。为了确保工程未来能继续安全地运行，需要对其进行设计洪水复核和防洪安全评价。首先通过历史洪水调查，确定了历史洪水重现期并延长了洪水资料，计算得到复核阶段设计洪水成果，其值小于初步设计阶段设计洪水成果；采用水库水量微分平衡方程进行了调洪演算以及工程泄流能力计算，得到了相关计算结果。最终得出结论：(1)初步设计阶段设计洪水计算成果可行，工程安全复核仍采用该阶段成果。(2)工程泄洪设施能安全下泄设计及校核洪水，工程满足防洪要求。

关键词：金华电航工程；设计洪水；调洪演算；防洪安全；评价

1概述

金华电航工程位于四川省射洪县金华镇城郊，是一座以发电为主，兼顾航运、过境交通、城镇建设、灌溉、养殖、旅游等综合利用的水利枢纽工程。该工程的电站设计水头为12.5m，装机容量3×14MW，保证出力为8.51MW，多年平均发电量2.107亿kW，水库正常蓄水位高程353m，相应库容3 400万m3，校核洪水位以下总库容6 937万m3。

工程于1996年10月21日正式开工建设，1998年10月29日主体工程基本完工，1998年12月30日首台机组利用围堰挡水发电，1999年9月22日泄洪冲沙闸全部投入运行，同年9月30日第二、三台机组并网发电，12月10日跨江大桥具备通车条件。

金华电航工程蓄水发电运行已近二十年，可能存在一定的安全隐患，为了确保工程未来能继续安全生产，西华大学成立了专门的课题组，按照《水库大坝安全评价导则》和《水库大坝安全鉴定办法》对该工程进行了一次全面的复核鉴定。由笔者对本次复核鉴定作出专题报告

2流域概况

涪江是长江上游嘉陵江右岸最大的一级支流，发源于四川省松潘县黄龙乡岷山雪宝顶，自西北向东南流经江油、绵阳、三台、射洪、遂宁等县市后于合川汇入嘉陵江，干流全长670km，流域面积36 400km2[1]。涪江的径流汛期主要由降水补给，枯季由地下水和上游山区少量的融雪水补给。丰水期(5～10月)水量占全年水量的83%，其中的6～9月占全年的67%；枯水期(11～次年4月)水量仅占全年水量的16%。综合射洪水文站资料，洪水一般发生在6～9月，个别年份亦有出现于10月的，一次洪水过程约3～5d不等，洪峰滞时约1～2h，且复峰居多。1981年实测最大流量为17 500m3/s(三台水文站)。

金华电航工程位于涪江中游，距射洪县城26km，枢纽以上控制集雨面积17 894km2，占涪江流域面积的49.1%。电站尾水与螺丝池电航工程的回水衔接。金华电航工程下游有射洪水文站，上游有三台水文站。

3洪水标准

金华电航工程闸坝设计洪水重现期为50a，校核洪水重现期为500a，消能防冲建筑物设计洪水重现期为30a，符合《防洪标准》(GB50201-94)及《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003)的相关规定。

4历史洪水调查及重现期的确定

表1　三台历史洪水成果表

表2　金华河段历史洪水过程表

其中，1937、1981年和1954年洪水在金华为较大洪水，不作特殊处理。

金华电航工程根据以上各单位调查和实测资料分析，1945年的首大洪水的重现期N应在50～75a之间。故“可研”阶段采用了N=70a。考虑到涪江洪水发生频繁，加之该工程又处于金华镇旁，对金华镇的防洪关系重大。因此，“初设”采用1945年洪水的重现期并确定N=50～70a。根据水文资料，本次“复核”阶段采用1945年洪水重现期，确定N=75a。

5设计洪水复核

设计洪水是指水利水电工程规划、设计中所指定的各种设计标准的洪水[3]。金华电航工程初步设计阶段洪水系列分析考虑到三台距金华较近且区间无支流加入，采用三台水文站设计洪水经面积修正后用于设计断面。其中三台水文站有1952～1961年实测流量资料；1962～1987年年最大流量，由实测年最高水位通过综合的H～Q曲线插补；1988～1992年的最大流量由三台水文站和射洪水文站各自年最大流量相关得到。

本次复核沿用初设阶段洪水系列插补延长的方法，增补了1993～2012年最大流量，并与初设阶段采用的1952～1992年洪水系列资料共同组成三台站1952～2012年61a洪水系列，加上所调查的1945年历史洪水，采用统一样本法进行洪水经验频率计算。该不连续系列资料一致性较好，能够代表涪江中游干流洪水的总体分布，具有较强的代表性，测验精度高，资料比较可靠。

历史洪水重现期按前述分析确定，实测系列经验频率按数学期望公式计算：

(1)

式中Pm为第m项洪水的经验频率；N为历史洪水调查考证期；a为调查考证期N年中特大洪水个数；l为发生在n项连续系列内的特大洪水个数。

采用P—Ⅲ型频率曲线适线，曲线与经验点距配合较好，确定统计参数及各频率设计值，设计洪水计算成果见表3。

表3　金华电航工程设计洪水计算成果表

由表3可以看出，经延长洪水资料系列后，复核工程坝址处的设计洪水成果略小于初设成果，说明初设阶段的设计成果是可行的。从工程安全考虑，本次工程安全复核计算仍采用初设阶段的设计洪水成果。

6调洪演算及泄流能力计算

调洪演算方法采用陈守煜提出的水库水量平衡微分方程[4]：

(2)

式中f为水库水面面积，是水位z的函数；z为水位，是时间t的函数；Q为入库流量，是时间t的函数；S为出库流量，是水位z的函数。

结合河道地形地质条件，金华电航工程采用全闸方案，布置17孔平底开敞式水闸，每孔净宽12 m，闸底板高程为340 m，建基面高程为336 m，布置长度为258 m，泄流能力按以下公式计算[5]：

(3)

式中σ为淹没系数；ε为侧收缩系数；m为流量系数，本工程取0.385；B0为闸孔总净宽，m；g为重力加速度，取9.81 m/s2；H0为计入行近流速水头的堰上水深，m。

图1　金华电航工程泄水建筑物水位下泄流量关系曲线图

金华电航工程泄水建筑物水位下泄流量关系曲线见图1。金华电航工程调洪演算成果见表4。

表4　金华电航工程调洪演算成果表

7工程防洪评价

(1)金华电航工程根据三台水文站1952～2012年实测及增补延长得到的洪水系列进行洪水复核计算并经面积修正后用于设计断面。复核计算结果表明：延长洪水资料系列后工程坝址处的复核设计洪水成果相比初步设计阶段设计洪水成果有所减小，初步设计阶段设计洪水成果计算方法正确、计算成果可行。从工程安全考虑，本次工程安全复核仍采用初步设计阶段设计洪水成果。

(2)金华电航工程泄洪设施由17孔平底开敞式拦河闸组成，经复核计算，能够安全下泄设计、校核洪水，泄洪能力满足防洪要求。

参考文献：

[1]王国庆,李迷，等.涪江流域径流变化趋势及其对气候变化的响应[J]. 水文,2012,32(1):22-28.

[2]陈海山.历史洪水调查方法[J]. 农业科技与装备,2013,35(5):51-52.

[3]宋孝玉,马细霞. 工程水文学[M]. 郑州:黄河水利出版社,2009.

[4]陈守煜.水库调洪数值-解析解法[J]. 大连理工大学学报,1996,36(6):721-724.

[5]李炜.水力计算手册[M]. 北京:中国水利水电出版社,2006.

胡锦蘅(1991-),男，四川射洪人，在读硕士研究生，研究方向：水利水电工程及自动化、仿真技术；

余波(1965-),男，四川西昌人，教授,硕士生导师,研究方向：水利水电工程及自动化、仿真技术；

田明丰(1968-),男,四川射洪人,高级工程师,学士,从事水利水电工程运行、检修技术与管理工作.

(责任编辑：李燕辉)

我国电力步入高可靠性阶段

国家能源局和中国电力企业联合会近日在北京召开2015年电力可靠性指标发布会，发布2014年度电力可靠性指标。数据显示，截至2014年底，我国参与可靠性统计的100兆瓦及以上火电、40兆瓦及以上水电机组每台每年非计划停运次数分别为0.48次、0.3次，是30年前的1/12、1/16。全年“零非停”机组越来越普遍，连续运行机组不断增多，指标远远领先于北美国家水平。从水电机组来看，4万千瓦及以上容量的水电机组平均等效可用系数为92.6%,比2013年提高了0.89个百分点；水电机组台年平均利用小时为3 520.44 h，较2013年增加了263.5 h；水电机组发生非计划停运245次；台年平均分别为0.3次和9.04 h，较2013年台年平均减少了0.07次和1.66 h。

收稿日期:2015-03-08

文章编号:1001-2184(2015)03-0075-03

文献标识码:B

中图分类号:TV7;TV22;TV12

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