桐城抽水蓄能电站设计洪水计算分析

邓欢欢

（广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635）

1 工程概况

桐城抽水蓄能电站位于安徽省安庆市桐城市境内，靠近皖中负荷中心，是一座纯抽水蓄能电站，工程建成后供电范围为安徽电网，承担系统调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等任务，可减轻电网调峰压力，改善煤电机组运行条件，促进新能源的消纳，提高系统运行经济性和安全可靠性。电站装机总规模1280 MW，按其装机容量确定为一等大（一）型工程。

电站上水库位于唐湾镇杨树村胡冲沟上，利用高山盆地，库盆东、北、西三面环山，库内发育若干冲沟，坝址以上集水面积0.934 km2，坝址至河源长1589 m，主河道平均坡降216.6‰。下水库位于南冲河中下游，坝址位于汪河村张湾河段，坝址以上集水面积17.22 km2，坝址至河源长10.21 km，主河道平均坡降35.44‰。上、下库坝址直线距离约2 km。上水库大坝、下水库大坝及泄洪设施的洪水标准均按200 年一遇洪水设计、2000 年一遇校核。为保证水库建设防洪安全，需对上、下水库设计洪水进行分析与探讨。

2 工程所在流域及周边水文测站布设情况

桐城抽水蓄能电站上、下水库流域内无水文站和标准雨量站，缺乏实测流量、降雨资料。下水库坝址下游约3.9 km 处建有牯牛背水库，水库设有大塘、唐湾、黄铺、牯牛背水库站共4个专用雨量站，距离工程所在区域较近的有唐家湾、后冲两个标准雨量站。各雨量站资料基本情况见表1。

表1 工程邻近流域测站基本资料一览表

牯牛背水库集水面积125 km2，牯牛背水库站1975 开始观测，大塘、唐湾、黄铺三站观测始于1986 年，截止2012 年除牯牛背水库站，各雨量站均已经停测。牯牛背水库雨量资料没有通过水文局水文站专业人员的整理、分析、统一整编；4 个雨量测站均发生过因测量仪器损坏废弃而断测、停测情况，实测多年平均年降雨量较周边国家标准雨量站和等值线图成果均明显偏小，雨量资料的可靠性不强，且无实测短历时暴雨资料，不作为本次洪水计算的依据。唐家湾站和后冲站是国家标准雨量站，测验规范，所有测验、观测及数据整编符合国家行业技术规范的标准和要求，经复核水文数据无明显错误，数据成果可靠，且有长系列短历时降雨系列，可作为本次设计洪水计算的参证站。

3 设计暴雨计算

桐城抽水蓄能电站额定水头335 m，上、下水库高程差较大。为统计分析工程所在区域短历时降雨随高程变化的关系，建立唐家湾站、后冲站及其他周边雨量站和水文站实测多年平均短历时降雨量与站点所在高程之间的相关关系，发现各站点高程相差较大，但短历时降雨量变化不大，且降雨量不呈现随高程增加而变大或减小的趋势，降雨与高程相关性较差，说明该地区短历时暴雨量受高程变化的影响不大，可直接采用站点实测降雨作为工程所在流域降雨。

桐城抽水蓄能电站所在南冲河属于菜子湖流域，菜子湖流域历史洪水年份有1808 年、1954 年、1969 年，其中1808 年为调查到的最早历史洪水年份，1969 年为实测特大洪水。自1651 年以来，本地区只有1808 年洪水较大，但无调查记录，可认为1969 年洪水与1808 年洪水相当，重现期为182 a。

对唐家湾、后冲两站实测短历史降雨资料进行排频计算，并考虑历史洪水影响，得到实测点暴雨统计成果。将统计成果与安徽省暴雨参数等值线图查算成果进行对比，唐家湾和后冲站实测降雨排频计算成果均小于等值线图查算成果，从偏安全角度考虑，工程设计点暴雨采用等值线图查算成果。桐城抽水蓄能电站上水库集雨面积小于10 km2，点面系数取1，以点暴雨代替面暴雨；下水库流域点面系数为：a24=a1=0.997。点暴雨乘以点面换算系数得到设计面暴雨，上、下水库设计面暴雨成果见表2。

表2 上、下水库设计面暴雨成果表

4 设计洪水计算

4.1 下水库设计洪水

桐城抽水蓄能电站下水库大坝坝址以上集雨面积17.22 km2，设计洪水计算考虑扣除上库集雨面积0.934 km2，工程所在区域属于江淮地区。下水库洪水计算采用1984 年《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘中、小面积设计洪水计算办法》中纳希线性瞬时单位线模型，其一般形式如下：

式中：u（0，t）为时刻瞬时单位线纵高；Φ 为伽马函数；n 为流域汇流调节参数，线性水库个数；K 流域汇流时间参数，每个水库的滞时。

江淮浅山区汇流参数m1经验公式：

式中：m1、N、k 为瞬时单位线参数，在江淮之间 N 固定为 3；F 为集雨面积，km2；J 为主河道坡降，‰；R3为最大 3 h 设计净雨，mm。

考虑汇流时的地下水回加，产流计算时设计流域面净雨量仅考虑扣除地表损失雨量；江淮浅山区重现期≥50 年一遇，扣除地表损失20 mm；重现期≤20 年一遇，扣除地表损失40 mm；流域24 h 净雨雨型分配，参照同频率内包型式。确定汇流参数为0.66，为0.16～0.2，由设计洪水流量过程线和流域形状系数（B 为流域平均宽度2.07 km)得到洪峰流量修正系数，推算设计洪水过程线，见图1。

图1 桐城下水库设计洪水过程线

4.2 上水库设计洪水

上水库集雨面积为0.934 km2，面积远小于10 km2，不宜采用瞬时单位线进行洪水计算。根据工程布置，上水库正常蓄水位对应水面面积为0.355 km2，陆面面积0.579 km2。水库建成后正常运行期间，水面所占比率很大，水面洪水会对流域洪水产生一定影响，为使计算更合理，本次采用两种方案进行上水库洪水计算。

方法一：将坝址以上集雨范围作为整体，按《安徽省山丘区中小河流洪峰流量经验公式》计算洪峰。24 h 洪量由24 h 净雨推求，重现期≥50 年一遇时，不考虑暴雨扣损；重现期＜50 年一遇时，按经验公式中浅山区扣损。

方法二：将水面与陆面分开，水面降雨扣损为0，洪水由降雨直接形成，参照《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘中、小面积设计洪水计算办法》中净雨雨型分配24 h 降雨，得到洪峰流量成果，24 h 洪量即为24 h 雨量；陆面洪水按《安徽省山丘区中小河流洪峰流量经验公式》计算洪峰，按方法一计算洪量。水面洪水和陆面洪峰叠加得到水库相应频率设计洪水成果。

安徽省山丘区中小河流洪峰流量经验公式：

式中：R24，p为设计频率为 p 的 24 h 净雨量，mm，浅山区为 24 小时降雨量减去40 mm；C 为地区经验系数，浅山区取0.028。

桐城抽水蓄能电站上、下水库设计洪水成果见表3。

表3 桐城抽水蓄能电站上、下水库设计洪水成果表

5 洪水合理性分析

收集邻近地区与工程所在流域自然地理特性相近、暴雨及下垫面条件相似的水库工程设计洪水资料，以及水文站实测流量资料，以P=0.1%、1%为例，点绘地区流量～面积关系曲线，见图2 和图3，桐城抽水蓄能电站上水库点据在地区综合线上，下水库点据在地区综合线稍偏上，流量- 面积关系符合地区综合特性，说明上、下水库设计洪水计算成果合理。

图2 桐城抽蓄邻近地区Q0.1%-F 关系图

图3 桐城抽蓄邻近地区Q1%-F 关系图

6 结论

桐城抽水蓄能电站所在流域没有实测暴雨洪水资料，通过分析周边雨量站资料的测验情况，确定距离工程最近的唐家湾站、后冲站为暴雨计算的参证站，保证了设计资料的可靠性。

对比分析唐家湾站、后冲站实测短历时降雨统计结果和安徽省暴雨等值线图查算结果，确定后者为工程设计点暴雨成果。分别采用经验公式法和瞬时单位线法计算上、下水库设计洪水，上库洪水分水面和陆面两部分计算。洪水计算成果与相邻流域测站、水库设计洪水成果一起绘制地区综合线，经分析，上、下水库流量- 面积关系均符合地区综合特性，洪水成果合理。

本文确定的参证站科学合理，计算方法切实可行，可为桐城抽水蓄能电站设计、防洪及调度运行等提供技术依据，也可为类似工程建设提供借鉴参考。经计算桐城抽水蓄能电站上水库设计标准P=0.5%洪峰流量为49.9 m3/s，校核标准P=0.05%洪峰流量为70.6 m3/s，下水库设计标准P=0.5%洪峰流量为574 m3/s，校核标准P=0.05%洪峰流量为885 m3/s。