昆嵛山水库对文登抽水蓄能电站下水库施工期洪水及初期蓄水的影响研究

李永林，梁 标，胡紫航，原红红

(1.山东文登抽水蓄能有限公司，山东省威海市 264205；2.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)



昆嵛山水库对文登抽水蓄能电站下水库施工期洪水及初期蓄水的影响研究

李永林1，梁 标2，胡紫航1，原红红1

(1.山东文登抽水蓄能有限公司，山东省威海市 264205；2.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

山东文登抽水蓄能电站下水库上游有未完工的昆嵛山水库，其对该工程施工期洪水及初期蓄水有较大影响。文章以昆嵛山水库及昆嵛山水库至文登下水库区间水文资料为依据，通过计算分析，确定昆嵛山水库对下水库施工期洪水和初蓄期的影响。

昆嵛山水库;文登抽水蓄能电站;施工期洪水;初期蓄水

0 前 言

山东文登抽水蓄能电站为新建项目，其下水库位于威海市文登区界石镇境内楚岘村附近，下水库上游有未完工的昆嵛山水库。根据昆嵛山水库及昆嵛山水库至文登下水库区间水文资料，通过洪水调洪演算和蓄水调节计算[1]，分别确定昆嵛山水库对下水库施工期洪水及初期蓄水的影响。

1 工程概况

1.1 文登抽水蓄能电站

文登抽水蓄能电站位于山东省胶东地区文登市界石镇境内[2]，电站总装机容量1 800 MW，电站建成后接入山东电网，主要承担山东省及胶东地区电网调峰、填谷及事故备用的任务。

本工程属Ⅰ等大(1)型工程。枢纽工程由上水库、下水库、水道系统、电站厂房、开关站及出线场等组成。上水库正常蓄水位625.00 m，死水位585.00 m，正常蓄水位以下库容924万m3。下水库正常蓄水位136.00 m，死水位110.00 m，正常蓄水位以下库容1 109万m3。水道系统由上水库进/出水口、引水隧洞、尾水闸室、尾水调压室、尾水隧洞、下水库进/出水口组成。电站厂房建筑物分地下和地上2部分，其中地下厂房洞室群位于水道系统中部，主要有地下主、副厂房、主变洞、尾水事故闸门室、进厂交通洞、通风洞及通风支洞、母线洞、出线洞、尾水调压室、排风竖井等，地面建筑物主要有500 kV地面开关站、中控楼、厂外油库等。

1.2 昆嵛山水库

昆嵛山水库位于文登县柳林庄西1 km处母猪河上游，原设计总库容1 062.1万m3，死水位144.20 m，主坝为浆砌石双曲拱坝，坝顶高程为183.70 m，最大坝高53.7 m，顶厚4 m，底厚15 m，坝后电站装机320 kW。

文登市昆嵛山水库在建设过程中，由于国家压缩基建投资，于1983年停工，当时主坝坝顶高程已达到166.37 m，溢流口顶高程164.00 m，溢流口长度40 m，溢流口两侧混凝土心墙上游设置1 m厚的浆砌石块石墙，其顶高程为167.37 m。1993年，进行了一次续建，将1983年昆嵛山水库主坝工程停工时预留泄水缺口填平，高程由164.00 m提高至166.37 m，相应库容达到405万m3。水库死水位147.00 m，死库容46.6万m3，调节库容为358.4万m3。

1.3 水文条件

本地区降水量在年内分配很不均匀，汛期6—9月，受偏东、偏南季风影响，水汽充沛，多大雨、暴雨，占全年降水量的70.7%，洪水主要由暴雨形成，汇流极快，洪峰陡涨陡落，洪水历时仅几个小时。枯水期12月—翌年3月，因受干冷空气控制，空气干燥，降水量较少，占全年降水量的9.35%。降水量的年际变化较大。昆嵛山水库及昆嵛山水库-文登下水库大坝区间洪水过程线及蓄水径流典型年成果分别见表1、2。

2 昆嵛山水库运行方式对下水库施工洪水的影响

由于文登抽水蓄能电站下水库位于昆嵛山水库下游，下水库施工导流洪峰流量可考虑昆嵛山水库的调蓄作用，应分别计算以下3种工况[3-9]，每种工况均应考虑P=10%、P=2%两种频率设计洪水过程。

工况1：设计洪水全部蓄入昆嵛山水库库内，不通过缺口下泄流量，此工况下下游施工导流流量最小，仅需考虑昆嵛山水库坝址-下水库坝址区间洪峰流量。计算应通过调洪演算反算该工况下昆嵛山水库运行最高水位。

工况2：设计洪水来临前，水库满蓄，水位为缺口高程166.37 m，此工况适用于邻近蓄水期，昆嵛山水库满蓄以便作为下水库蓄水水量的时段。计算应根据缺口体型分析缺口及坝体溢流泄流曲线，并通过调洪演算计算下泄洪水过程线，下泄洪水过程线应与昆嵛山水库坝址-下水库坝址区间洪峰流量叠加，得出该时段下水库施工导流洪峰流量。

表1 下水库洪水过程线 /(m3·s-1)

表2 设计年径流量年内分配成果表 /万m3

工况3：在工况1和工况2昆嵛山水库起调水位之间选取不同典型水位进行调洪演算，以便于通过监测昆嵛山水库库水位来确定文登下水库施工导流流量。

由于洪水历时短，洪峰流量大，施工供水水量和发电水量可忽略不计，各工况调洪演算未考虑施工供水水量和发电水量。

2.1 工况1调洪演算成果

工况1条件下昆嵛山水库无下泄流量，来水全部蓄入库内，分别对P=2%、P=10%频率洪水进行调洪演算[10]，并反算其最高起调水位，库水位过程线及最高起调水位计算结果见图1、2。

图1 工况1昆嵛山水库水位过程线计算成果图

图2 工况1下水库坝址洪水过程线计算成果图

通过调洪演算得出P=2%频率洪水昆嵛山水库最高起调水位为153.33 m，P=10%频率洪水昆嵛山水库最高起调水位为158.97 m。

2.2 工况2调洪演算成果

工况2以缺口高程166.37 m为起调水位分别对P=2%、10%两种频率设计洪水过程进行调洪演算，计算成果见图3、4。

图3 工况2昆嵛山水库水位过程线计算成果图

图4 工况2下水库坝址洪水过程线计算成果图

通过调洪演算得出P=2%、P=10%频率洪水经过昆嵛山水库调洪后，下水库坝址洪峰流量分别为421.20、271.19 m3/s。

2.3 工况3调洪演算成果

根据工况1和工况2计算结果，在工况1和工况2昆嵛山水库起调水位之间每隔1 m选取1个水位进行调洪演算，计算结果见图5。

3 下水库施工导流方案

3.1 下水库挡水坝施工导流

下水库区拦河坝为钢筋混凝土面板堆石坝，施工导流采用土石围堰一次拦断河流，左岸隧洞泄流(后期改建为泄洪放空洞)的导流方式，导流建筑物级别为4级。初期导流标准采用10年一遇洪水；中期导流坝体临时断面拦蓄库容0.01亿m3，中期坝体度汛标准采用50年一遇洪水[11-13]。

图5 工况3调洪演算计算成果图

3.2 下水库进/出水口施工导流

下水库进/出水口施工期采用预留岩坎挡水，考虑下水库进/出水口作为尾水隧洞进/出口段施工通道及施工时段基本都在坝体挡水度汛时段，导流标准采用50年一遇洪水；下水库第3年3月初开始进行首台机组发电前初期蓄水，进/出水口闸门挡水，度汛标准采用100年一遇洪水。

3.3 下水库施工导流挡水建筑物高程确定

根据各工况计算结果及导流标准确定下水库施工导流建筑物顶高程，进而分析昆嵛山水库运行方式对下水库挡水坝施工导流的影响，见表3。

4 昆嵛山水库对下水库初期蓄水的影响

4.1 昆嵛山水库需水量分析

(1) 昆嵛山水库蒸发渗漏

表3 昆嵛山水库运行方式对下水库挡水坝施工导流影响分析成果表

昆嵛山水库年渗漏水量12万m3，年蒸发水量10.58万m3。

(2) 昆嵛山水库需水量

昆嵛山水库原设计任务为供水、灌溉，因工程资金所限，现状规模没有达到原设计要求，未保留农田灌溉水量。文登市水利局出具了“关于昆嵛山水库不承担灌溉功能的函”，因此昆嵛山水库的现状任务为供水。

昆嵛山水库年供水量从2003年开始趋于稳定，基本维持在150万m3左右， 2003—2007年的平均值为151.8万m3，1998—2012年平均为134.5万m3，综合分析本次取150万m3计算。年内分配按2003—2007年平均比例进行，昆嵛山水库供水量及年内分配采用成果见表4。

(3)下游生态需水

昆嵛山水库应首先满足供水任务，并兼顾生态环境用水，按照多年平均流量的10%泄放生态流量，即52.1万m3。

4.2 本电站需水量

(1) 初期蓄水需水量

表4 昆嵛山水库供水量采用成果表 /万m3

根据初期蓄水期用水量分析计算成果，电站初期蓄水期需水总量为889.9万m3。

(2) 下游生态需水[15]

按照昆嵛山-下水库坝址区间多年平均流量的10%泄放生态流量，即17.8万m3。

4.3 调节计算原则

本次昆嵛山水库径流调节计算时，从昆嵛山水库取用水量的顺序为：昆嵛山水库入库水量扣除水库蒸发渗漏后，依次保障供水任务、蓄能电站补水、生态用水。

4.4 水库初期蓄水期可供水量分析

下水库是在工程开工的第3年2月底具备蓄水条件，到第5年10月底第1台机组发电，下水库初期蓄水可利用时间为2年零8个月，第2～4台机组每隔4个月投产1台，最后2台机组每隔3个月投产1台，直到第7年4月底全部机组投产发电。昆嵛山水库初始库容取无本工程的昆嵛山水库长系列径流调节时典型年前一年的剩余库容，进行水量平衡计算。

昆嵛山水库来水扣除昆嵛山水库蒸发渗漏后，首先满足昆嵛山水库下游供水任务，剩余水量提供给文登抽水蓄能电站使用，由于首台机组调试前初期蓄水时间较长，有29个月，在此期间兼顾考虑泄放生态流量；首台机组调试后第2～4台机组每隔4个月投产1台，最后2台机组每隔3个月投产1台，电站所需水量较大，为满足本电站初期蓄水需求，会对生态用水有所影响。文登抽水蓄能电站下水库初期蓄水能力分析成果见表5。

由以上分析可知，在所有机组投产时，昆嵛山水库总计提供水量1 053.6万m3，区间来水量462.6万 m3，在此期间扣除生态用水290.6万m3、施工用水量203.6万m3和蒸发、渗漏损失水量132.1万m3。抽水蓄能电站蓄水量为889.9万m3，可以满足6台机发电的需求。在此期间影响下游1个月生态用水量约0.7万m3。

表5 文登抽水蓄能电站初期蓄水能力分析表 /万m3

4.5 水库初期蓄水期生态补水措施研究

根据水库初期蓄水水量分析计算，在保证电站初期蓄水需求，保证机组正常发电的前提下，将会影响生态流量泄放0.7万m3。

根据水文成果，75%典型年2月份昆嵛山水库-柳林庄区间来水量为4.2万m3，平均每日来水0.14万m3，下库永久泄洪放空洞仅需提前下闸6 d即可补蓄0.7万m3，下库围堰堰前水位98.5 m(堰前水深2.5 m)，满足初期蓄水期生态流量泄放要求。

5 结 语

根据昆嵛山水库及文登下水库水文资料计算分析文登下水库工程区施工期洪水过程及初期蓄水水量，确定了昆嵛山水库对下水库施工期洪水及初期蓄水的影响，主要结论如下：

(1) 昆嵛山水库的调蓄作用可以削减其坝址上游洪峰流量，减小文登抽水蓄能电站下水库施工导流洪峰流量，进而减少下水库施工导流工程量，对文登抽水蓄能电站下水库施工起到积极促进作用。

(2) 由于文登抽水蓄能电站下水库围堰工程为施工总承包项目，施工单位在下水库挡水坝及进/出水口施工前应在昆嵛山水库坝前设置水位监测装置，实时监测和调控昆嵛山水库坝前水位，并根据表1查得相应洪峰流量及挡水水位以确定下水库围堰工程施工方案。

(3) 昆嵛山水库通过蓄水前一次性补水及蓄水期连续补水，累计为文登抽水蓄能电站补水1 055.1万m3，为文登抽水蓄能电站初期蓄水的重要补水水源，保障了电站的初期发电需求。

[1] 梁标,刘纳,李晓伟，等.山东文登抽水蓄能电站下水库施工与昆嵛山水库调度方式研究[R].北京：中国电建集团北京勘测设计研究院,2016:17-81.

[2] 尚海龙,海显丽,陈晓霞，等.山东文登抽水蓄能电站招标设计阶段施工组织设计报告[R].北京：中国电建集团北京勘测设计研究院,2013:27-33.

[3] 潘理中,芮孝芳.水电站水库优化调度研究的若干进展[J].水文，1999(06):37-40.

[4] 刘韩生,尹进步.新的调洪计算方法[J].水利水电技术, 1995( 10) :53- 57.

[5] 陈宁珍.水库运行调度[M].北京:水利电力出版社, 1990.

[6] 张勇传，李福生，熊斯毅，黄益芬.水电站水库群优化调度方法的研究[J].水力发电,1981 (11):48-52.

[7] 钟炜,韩松,冯平，王培建， 陆德杰.龙羊峡水电站运行调度问题的分析研究[J].水电能源科学.2004, 22(2):36-38,82.

[8] 娄岳.水库调度与应用[M].北京:中国水利水电出版社,1995.

[9] 黄映石.水库调度[M].北京:中国水利水电出版社,1996.

[10] 李炜.水力计算手册[M].2版.北京:中国水利水电出版社, 2007:73-82/317-326.

[11] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.水电工程施工组织设计规范：DL/T 5397-2007[S].北京：中国电力出版社出版,2008.

[12] 中国水电顾问集团北京勘测设计研究院.抽水蓄能电站设计导则：DL/T 5208-2005[S].北京：中国电力出版社出版,2005.

[13] 国家能源局.水电工程施工导流设计规范：NB/T 35041-2014 [S].北京：中国电力出版社出版,2014.

[14] 水:国家能源局.电工程围堰设计导则：NB/T 35006-2013[S].北京：中国电力出版社出版,2014.

[15] 水燕,李伟,刘纳.山东文登抽水蓄能电站生态流量泄放措施研究[R].北京：中国电建集团北京勘测设计研究院,2015:25-35.

Study on Impacts by Kunyushan Reservoir on Flood During Construction and Initial Impoundment of Lower Reservoir,Wendeng Pumped Storage Power Plant

LI Yonglin1, LIANG Biao2, HU Zihang1, YUAN Honghong1

(1. Shangdong Wendeng Pumped Storage Co., Ltd., Weihai, Shandong 264205,China;2. Beijing Engineering Corporation Limited, Beijing 100024,China)

At the upstream of the lower reservoir of the pumped storage power plant in Wendeng, Shandong, is Kunyushan reservoir which is uncompleted. The uncompleted reservoir largely impacts the flood during construction and the initial impoundment as well of the pumped storage power plant. In accordance with the hydrological data of the Kunyushan reservoir and of the section between the Kunyushan reservoir and the lower reservoir of the pumped storage power plant, in the paper, impacts on the flood control during construction and initial impoundment period of the lower reservoir by Kunyushan reservoir are determined through analysis and calculation. Key words: Kunyushan reservoir; Wendeng pumped storage power plant; flood during construction; initial impoundment

1006—2610(2016)05—0057—06

2016-06-17

李永林(1983- )，男，山东省临朐县人,工程师，主要从事电气工程工作.

TV743

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.014