湘江土谷塘航电枢纽工程坝址水位流量关系曲线的分析研究

孙　斌

(湖南省水运建设投资集团有限公司， 湖南 长沙　410011)



湘江土谷塘航电枢纽工程坝址水位流量关系曲线的分析研究

孙斌

(湖南省水运建设投资集团有限公司， 湖南 长沙410011)

摘要：通过实测水文资料分析湘江土谷塘航电枢纽坝址水位流量关系曲线，得出土谷塘坝址在中低水位时，采用法外延成果的流量偏大；土谷塘坝址下一个梯级大源渡枢纽顶托流量上限值为3 600 m3/s；根据水情遥感系统测得土谷塘坝址月平均径流较法外延成果的偏小；参考株洲枢纽蓄水后对大源渡枢纽坝下中低水位的顶托影响，并将涔天河水库扩建后的补水及土谷塘坝址以上各电站水库的调节作用综合考虑，建议土谷塘坝下通航水位在原有47.90 m的基础上可以适当抬高至48.57 m。

关键词：土谷塘； 航电枢纽； 坝址； 水位流量关系

1项目概况

土谷塘航电枢纽工程是湘江中游、衡阳市区南部，上距近尾洲枢纽坝址50 km，下距大源渡枢纽100 km，为湘江干流航道8个梯级枢纽之一，是一个以航运为主、航电结合，并兼有交通、灌溉、供水与养殖等综合利用效益的工程。制流域面积为37 273 km2。枢纽总装机容量为9万kW，水库正常蓄水位为58.00 m，相应库容为1.97亿m3。其上衔接已建的近尾洲电站，下接已建的大源渡航电枢纽梯级。上游近尾洲电站坝址控制集雨面积28 600 km2，占湘江全流域面积的30.2%，多年平均流量为752 m3/s，总库容4.6亿m3，正常蓄水位为 66.0 m，相应库容1.543亿m3，属日调节水库。下游大源渡航电枢纽梯级坝址控制集雨面积为 53 200 km2，坝址控制流域面积5.32万km2，多年平均径流量为441亿m3，多年平均流量1 400 m3/s。大源渡枢纽坝前正常蓄水位为50.00 m，水库死水位为47.90 m，正常蓄水位以下库容为4.51亿m3。湘江三大支流的潇水上游涔天河水库扩建工程已启动，水库正常蓄水位为 313 m，坝高为113 m，调节库容为9.92亿m3，总库容为15.1亿m3。

2实测数据及分析

2.1土谷塘坝址中低水位流量关系

为率定土谷塘坝址水位流量关系曲线，共进行了4次现场测流(见表1)。

图1　土谷塘坝址水位流量关系图

表1 土谷塘坝址实测成果与Q～AR法外延成果的水位流量关系曲线对比水位/m实测流量/(m3·s-1)Q～AR法外延成果流量/(m3·s-1)误差百分比/%50.8111301200-5.850.7811401180-3.453.834420356024.256.487100623014.0

图2　　　土谷塘坝址实测流量与法外延成果推算的　　　流量对比

2.2土谷塘坝址水位受大源渡枢纽顶托影响流量

根据土谷塘2010年～2011年坝址实测水位与流量(近尾洲电站下泄流量与白沙站流量之和)，同时以大源渡坝上水位(49.20、49.40、49.60、49.80、50.00 m)为参数，推算土谷塘坝址中低水位流量关系曲线，并结合大源渡枢纽水库调度方案，得到当大源渡入库流量大于 3 600 m3/s 时，大源渡枢纽顶托趋于0(见表2)。

由表2可得，当大源渡按正常蓄水位50.00 m运行，土谷塘坝址流量为830 m3/s时出现最大顶托水头为 0.76 m。

表2 土谷塘坝址受大源渡枢纽水位顶托影响表土谷塘坝址大源渡坝上顶托水位/m流量(m3·s-1)水位/m50.0049.8049.6049.4049.20830.0050.000.760.590.400.200.051120.0050.500.610.460.260.120.001410.0051.000.490.340.140.021720.0051.500.390.230.040.002080.0052.000.340.180.002450.0052.500.280.132840.0053.000.190.093250.0053.500.070.003600.0053.870.00

2.3土谷塘坝址多年月平均径流

考虑涔天河扩建工程建成对下游调蓄作用后，土谷塘坝址径流频率为95%、98%对应的日平均流量分别为167 m3/s，138 m3/s；不考虑涔天河扩建工程建成对下游调蓄作用后，土谷塘坝址径流频率为95%、98%对应的日平均流量分别为133 m3/s，102 m3/s。涔天河水库扩建工程已开工建设，推算土谷塘坝址径流时应考虑涔天河调蓄作用。

2.4不同保证率的通航水位

对株洲枢纽运行前后，统计大源渡枢纽坝上、坝下、衡山水文站(2001年～2011年)各年平均水位(见表4)。

根据大源渡与株洲两枢纽建站运行资料统计分析，结果表明株洲枢纽蓄水后对大源渡枢纽坝下中低水位有一定的顶托作用，提高了不同保证率下通航水位，由表4得出株洲枢纽对大源渡枢纽坝下中低水位多年平均顶托值为 0.21 m。

以大源渡入库流量≤6 000 m3/s 为标准(大源渡入库流量>6 000 m3/s 时，机组全停，逐渐恢复天然行洪)，对坝上多年日平均水位从2001年4月20日到2011年12月31日进行统计(其中扣除2003年11月26日～2004年1月18日和2009年10月13日～11月11日，共计83 d枯水期为下游城市供水)，见表5。

表3 土谷塘坝址2005年～2009年月平均径流对比月份实测/m3Q～AR法/m35a比较差值/m3百分比/%Q～AR法多年平均流量/m3实测Q～AR法差值/m3百分比/%差值/m3百分比/%13873444312425-38-9-81-19270570410742-37-5-38-5310311060-28-31080-49-5-20-2411581166-9-11710-552-32-544-32515521648-96-62250-698-31-602-27625102852-342-1220404702381240711701253-83-71230-60-52328680729-49-7902-222-25-173-199476523-46-9560-84-15-37-71029529321499-204-41-206-411145444592474-20-4-29-612310292186377-67-18-85-22年平均893941-48-51020-127-13-79-8年径流282×108297×108-15×108-5 322×108-40×108-13 -25×108-8

表4 2001年～2011年各站年平均水位统计表年份水位/m大源渡坝上大源渡坝下衡山站差值200149.4240.04200249.7040.84200349.3041.1539.74200449.5440.8939.57株洲蓄水前平均49.4941.0240.050.97200549.7640.8940.21200649.8841.5440.68200749.7141.2240.69200849.7141.3940.79200949.6340.9840.44201049.7841.6041.14201150.0040.9940.50株洲蓄水后平均49.7841.2340.640.59多年平均49.68株洲蓄水前后水位差0.290.210.59

分析表5得到大源渡坝上频率为95%和98%对应的水位为48.57 m和48.29 m。根据株洲枢纽对大源渡枢纽坝下中低水位多年平均顶托值为0.21 m，涔天河水库扩建后的补水作用，以及土谷塘坝上各电站水库的调节作用，建议土谷塘坝下最低通航水位为48.57 m。

表5 大源渡坝上多年日平均水位频率表P/%平均水位/mQ≤6000m3/s(共3834d)工可的(未补水)涔天河(补水)9848.2948.1348.219748.349648.419548.5748.2048.289448.789348.929249.019149.19049.17

3结论

结合实测水文资料分析湘江已建枢纽对待建土谷塘航电枢纽坝址水位流量关系曲线的影响，得出如下结论：

2) 根据土谷塘坝址实测水位与流量，推算土谷塘坝址中低水位流量关系，得到当大源渡入库流量大于3 600 m3/s时，大源渡枢纽顶托趋于0。

4) 根据株洲枢纽对大源渡枢纽坝下中低水位多年平均顶托值为 0.21 m，涔天河水库扩建后的补水以及土谷塘坝上各电站水库的调节作用，建议土谷塘坝下通航水位在原有47.90 m的基础上可以适当抬高至48.57 m。

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中图分类号：U 64

文献标识码：A

文章编号：1008-844X(2016)01-0141-04