低水頭電站水庫(kù)回水分析研究

1、低水頭電站水庫(kù)回水分析研究卜繼勘 ,李玲 ,羅純軍(湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 ,湖南 長(zhǎng)沙410007)摘 要 : 指出了低水頭電站水庫(kù)常規(guī)回水分析處理方法中存在的問(wèn)題 ,提出了應(yīng)結(jié)合低水頭電站特點(diǎn)的水庫(kù)回水分析方法 。關(guān)鍵詞 : 低水頭電站 ;水庫(kù)回水 ;特點(diǎn) ;方法中圖分類號(hào) : tv74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : b文章編號(hào) : 100820112 ( 2003) 06200222021 問(wèn)題的提出在河流上修建水工建筑物 ,改變了天然水流狀態(tài) ,庫(kù)區(qū)水位 抬高 。為分析建庫(kù)后對(duì)上游庫(kù)區(qū)淹沒(méi)的影響 ,在進(jìn)行河流規(guī)劃 、水庫(kù)和電站設(shè)計(jì)時(shí) ,均需計(jì)算庫(kù)區(qū)回水曲線 ,該成果直接關(guān)系到工程建設(shè)的規(guī)模 ,因

2、此 ,水庫(kù)的運(yùn)行方式 、回水的計(jì)算處理方法 、 糙率取值等直接關(guān)系到庫(kù)區(qū)人民財(cái)產(chǎn)安全和淹沒(méi)損失的大小 , 是一項(xiàng)非常重要需慎重對(duì)待的工作 。低水頭電站地處河流的中下游 ,地形開(kāi)闊 ,人口密集 ,經(jīng)濟(jì)較 發(fā)達(dá) 、水頭低 、斷面過(guò)水流量大 ,水頭對(duì)發(fā)電的影響敏感 ,在水庫(kù)運(yùn)行方式和回水處理等諸多方面與蓄能電站有不同之處 , 在此通過(guò)實(shí)例 ,對(duì)低水頭電站水庫(kù)回水處理等進(jìn)行研究分析 ,提出一 些初步的看法 。2 低水頭電站水庫(kù)回水的特點(diǎn)低水頭電站因水頭低 , 一般遇水庫(kù)淹沒(méi)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪 水時(shí)已不發(fā)電 ,泄洪閘全部打開(kāi) ,水庫(kù)建庫(kù)前后壩前水位的壅高 值較小 ,壅水高度 ,僅由閘墩和溢流壩引取 ,一般

3、可控制在 0 . 3 m以內(nèi) ,水庫(kù)回水在壩前就可尖滅 ,而影響水庫(kù)淹沒(méi)指標(biāo)的主要是 非汛期正常蓄水位 ,較小流量時(shí)的常年淹沒(méi) ,這一點(diǎn)與蓄能電站有較大的差別 。通過(guò)研究分析 ,低水頭電站回水線有如下特點(diǎn) :在某一蓄水位時(shí) ,小流量的回水尖滅點(diǎn)離壩址遠(yuǎn) ,大流量的回水 尖滅點(diǎn)離壩址近 ,當(dāng)閘門全開(kāi)時(shí)回水終點(diǎn)尖滅點(diǎn)移到壩前 。3 低水頭電站水庫(kù)回水分析研究3 . 1 低水頭電站水庫(kù)運(yùn)行方式 水庫(kù)回水成果與水庫(kù)的運(yùn)行方式有直接關(guān)系 , 低水頭電站的運(yùn)行方式一般有 3 種 : 全年發(fā)電固定一個(gè)正常蓄水位 ; 水庫(kù)分期水位控制 ; 考慮洪水預(yù)報(bào)后的水庫(kù)水位控制 。低水頭電站第 種運(yùn)行方式要減少庫(kù)區(qū)淹沒(méi)

4、就得降低正常蓄水位 ,靠減少發(fā)電量來(lái)實(shí)現(xiàn) 。為減少庫(kù)區(qū)淹沒(méi) ,同時(shí)又希望盡可能的增 加發(fā)電量 ,但第 、種運(yùn)行方式便成為減少上游庫(kù)區(qū)淹沒(méi)損失的重要手段之一 ,第 種運(yùn)行方式需要建立一套完善的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng) ,把流量分成段若干級(jí) ,當(dāng)預(yù)報(bào)某一流量等級(jí)的來(lái)水 ,將壩 前水位控制在某一高程 ,以不擴(kuò)大上游淹沒(méi)范圍 。這種運(yùn)行操作 較第 、種方式復(fù)雜 ,需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)和完善的預(yù)報(bào)系統(tǒng)才 能保證調(diào)度的可靠性 。為說(shuō)明問(wèn)題 ,下面以第 種運(yùn)行方式來(lái)分析回水計(jì)算處理方法 。3 . 2 低水頭電站常規(guī)的水庫(kù)回水計(jì)算處理方法3 . 2 . 1 常規(guī)的水庫(kù)回水計(jì)算處理方法 低水頭電站常規(guī)的水庫(kù)回水處理方法有兩種

5、: 一是按調(diào)蓄水庫(kù)的回水計(jì)算處理方法 ,即只考慮某一頻率洪水天然水面線 與建庫(kù)后的回水線 ,該方法基本上不考慮水庫(kù)運(yùn)行方式和因流量大而機(jī)組停運(yùn)情況 ,是 20 世紀(jì) 80 年代常采用的方法 。二是考 慮水庫(kù)運(yùn)行方式 ,且分析機(jī)組停機(jī)流量 ,即某一頻率洪水淹沒(méi)線 ,一般按正常蓄水位與停機(jī)流量的回水線和某一淹沒(méi)補(bǔ)償頻率洪 水洪峰流量與相應(yīng)的壩前水位 ( 這時(shí)閘門有可能全開(kāi)) 的回水線取外包線 。3 . 2 . 2 存在的問(wèn)題按常規(guī)的水庫(kù)回水計(jì)算處理方法 ,可能存在以下問(wèn)題 ,當(dāng)發(fā) 生某一頻率洪水洪峰流量及以下時(shí) ,出現(xiàn)機(jī)組停運(yùn) ,這時(shí)閘門全 開(kāi) ,建庫(kù)前后壩前水位差較小 ,如能控制在淹沒(méi)處理規(guī)范規(guī)

6、定的0 . 3 m 以內(nèi) ,回水在壩前尖滅 ,這時(shí)按常規(guī)的回水處理方法計(jì)算的回水線會(huì)出現(xiàn) : 壩前段回水位偏高 ,增大淹沒(méi)補(bǔ)償范圍 ; 小流量時(shí)庫(kù)尾淹沒(méi)范圍包不住 。反之 ,某一頻率洪水的回水不能 在壩前尖滅 ,則也可能會(huì)出現(xiàn)上述第 種情況 。3 . 3 結(jié)合低水頭電站特點(diǎn)的回水處理方法 為解決常規(guī)回水處理計(jì)算方法存在的問(wèn)題 , 結(jié)合低水頭電站特點(diǎn)研究水庫(kù)回水處理方法 。低水頭電站 ,當(dāng)泄洪規(guī)模足夠大 ,發(fā)生水庫(kù)淹沒(méi)補(bǔ)償設(shè)計(jì)洪 水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)能使建庫(kù)前后的壩前水位差控制在要求的 0 . 3 m 范圍 內(nèi) ,則水庫(kù)淹沒(méi)線應(yīng)由以下兩種情況組成外包線 : 正常蓄水 位與停機(jī)流量線 ; 正常蓄水位與停機(jī)流量

7、以下的各級(jí)流量 線 。當(dāng)某一淹沒(méi)補(bǔ)償頻率洪水建庫(kù)前后壩前水位差在 0 . 3 m 以 上未尖滅時(shí) ,則水庫(kù)淹沒(méi)線除上述 2 種情況的外包線外 ,還應(yīng)包 括某一淹沒(méi)補(bǔ)償設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)閘門全開(kāi) ( 已不發(fā)電) 時(shí)的水位與 洪峰流量線取外包 。4 實(shí)例分析某水電工程兼有發(fā)電 、航運(yùn)等綜合利用效益 ,壩址多年平均 流量 1 720 m3 / s ,裝機(jī)容量 140 m w ,正常蓄水位 40 . 5 m ,根據(jù)機(jī) 組特性確定的停機(jī)流量為 6 980 m3 / s ,壩址 2 年一遇洪水洪峰流收稿日期 : 2003202211 ; 修回日期 : 2003205228量為 11 400 m3 / s ,相應(yīng)

8、的天然水位為 40 . 01 m ,閘門全開(kāi)后水位為 40 . 14 m ,庫(kù)區(qū)上游 92 . 3 km 處有一已建的閘壩 。4 . 1 常規(guī)處理方法的回水成果按常規(guī)的回水處理方法 ,計(jì)算的回水成果見(jiàn)表 1 。表 1 按常規(guī)處理方法計(jì)算的水庫(kù)回水成果編 號(hào)壩 址流 量/ ( m3s - 1)建 庫(kù)前 后c. s 22c. s 45里 程022 . 2545 . 95天然線建庫(kù)線40 . 0140 . 1441 . 9742 . 0444 . 1244 . 1611 400建庫(kù)線外包線40 . 5040 . 5041 . 2742 . 0442 . 4344 . 166 980單位 : 里程 k

9、m ,水位 m4 . 2 結(jié)合低水頭電站特點(diǎn)的回水成果 結(jié)合低水頭電站特點(diǎn)的回水計(jì)算成果見(jiàn)表 2 和圖 1 。圖 1某水電工程水庫(kù)回水曲線表 2某水電工程水庫(kù)回水成果編 號(hào)壩 址c. s 22c. s 45c. s 68c. s 81上級(jí)尾水c. s 102流 量( m3/ s)建 庫(kù)前 后里 程022 . 2545 . 9570 . 6372 . 8092 . 30101 . 1天然線建庫(kù)線40 . 0141 . 9744 . 1246 . 4947 . 7048 . 8349 . 9811 40040 . 1442 . 0444 . 1646 . 5147 . 7148 . 8349 .

10、98天然線建庫(kù)線37 . 1039 . 1341 . 1743 . 5544 . 8246 . 0047 . 186 98040 . 5041 . 2742 . 4344 . 1545 . 1946 . 2347 . 23天然線建庫(kù)線35 . 5937 . 6539 . 6141 . 9943 . 3144 . 5145 . 605 00040 . 5040 . 9241 . 6442 . 9443 . 8644 . 8445 . 74天然線建庫(kù)線33 . 1740 . 5035 . 3440 . 6137 . 1140 . 8239 . 5441 . 3440 . 9941 . 9142 .

11、 2342 . 6743 . 3843 . 682 4304 . 3 兩種處理方法回水成果比較按常規(guī)處理方法計(jì)算的回水成果 ,如 2 年一遇回水壩前不尖 滅 ,上述取外包線的方法是可以的 ,但是 ,如能做到 2 年一遇回水 在壩前尖滅 ,則上述外包線的回水位明顯偏高 。此方法最大的缺 點(diǎn)是回水在壩前附近過(guò)早尖滅 ,而庫(kù)區(qū)中 、尾部的常年淹沒(méi)未計(jì)入 。結(jié)合低水頭電站特點(diǎn)的回水成果 ,如圖 1 ,該工程 2 年一遇 回水位在壩前尖滅 ,因此 ,abc 線為正常蓄水位與停機(jī)流量及以 下的各級(jí)流量的外包線 ,bc 段為發(fā)電停機(jī)流量以下各級(jí)流量回 水終點(diǎn)的連線 (外包線) ,由于 bc 段所引取的淹沒(méi)

12、,且又是正常 發(fā)電運(yùn)行時(shí)所造成 ,需做為淹沒(méi)補(bǔ)償考慮計(jì)入投資中 。需要說(shuō)明的是 ,上述實(shí)例在 92 . 3 km 處有一閘壩 ,正常蓄水 位與停機(jī)流量的回水在此沒(méi)有尖滅而被截?cái)?,因此 ,實(shí)際的淹沒(méi)范圍只有正常蓄水位與停機(jī)流量的回水線 , 但此處為了說(shuō)明問(wèn)題 ,回水計(jì)算按沒(méi)有閘壩的處理 。5 結(jié)束語(yǔ)對(duì)于低水頭電站水庫(kù)回水 ,按常規(guī)方法處理 ,庫(kù)區(qū)壩前段的 淹沒(méi)范圍有可能擴(kuò)大 ,而庫(kù)尾的常年淹沒(méi)又有可能包不進(jìn)來(lái) 。在 此所提到的結(jié)合低水頭電站水庫(kù)特點(diǎn)的回水處理方法 , 認(rèn)為某 頻率洪水水庫(kù)回水能在壩前尖滅 , 則影響水庫(kù)淹沒(méi)范圍的除正常蓄水位與停機(jī)流量的回水線外 , 還應(yīng)與停機(jī)流量以下的各級(jí)流量回水線取外包線 , 作為淹沒(méi)補(bǔ)償線 。至于最小流量取到多 少 ,視庫(kù)區(qū)淹沒(méi)對(duì)象的分布情況 、重要程度而定 。結(jié)合低水頭電站水庫(kù)特點(diǎn)的回水處理方法為類似電站的回 水分析處理提供了一種可行的方法 ,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 ,并建 議對(duì)水電工程水庫(kù)淹沒(méi)處理規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范(dl / t5064 - 1996) 的部分條文進(jìn)行修改 ,并增加低壩回水處理和計(jì)算的內(nèi)容 ,以便 有章可循