电站尾水防洪特征水位探析

蒋立柯

(辽宁铁岭市南城子水库管理局， 辽宁 铁岭 112000)



电站尾水防洪特征水位探析

蒋立柯

(辽宁铁岭市南城子水库管理局， 辽宁 铁岭 112000)

清河水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾工业供水、养鱼、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程。肩负起辽河生态补水、高效农业供水等多项供水任务。清河水库水电站属清河水库水资源综合利用开发项目，该水电站的引用流量受清河水库水量调度的控制。为了充分利用当地水能资源，提高电站的利用率，对电站尾水的特征水位进行分析，有利于在保证水库补水任务的前提下，合理安排供水时段和放流量，以增加电站出力，提高电站发电效益。

水位； 水能资源； 泄水流量； 电站

1 概 况

清河水库水电站工程位于铁岭市清河区清河水库拦河坝下游，清河水库控制流域面积2376km2。清河水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾工业供水、养鱼、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程。在兴利方面，该水库保证了1600MW装机的清河发电厂冷却用水，并与柴河、闹德海水库联调灌溉了辽干及盘锦等地128万亩水田，为辽宁省工农业生产和国民经济发展做出了巨大贡献。

2 水能资源及开发

2.1 水能资源

清河水库正常蓄水位131m，死水位109.70m，尾水渠底板高程为94.2m，上下游最大水头差达36m左右，具有较大的水头差。清河水库现状多年平均水库放流量为4.3×108m3，其中农业灌溉放流水量为3×108m3，多年平均弃水量为1.3×108m3，水能资源较丰富；辽宁省重点输水工程竣工后，设计水平年(2040年)将有5.96×108m3的水量调入清河水库，清河水库将增加下游补水任务，其中包括高效农业水量、辽河河口环境水量、河道冲沙水量等，届时其水库放流水量将达到8.47×108m3，水能资源将更加丰富。通过建设水电站既充分利用了水能资源，又有利于清河水库综合效益的发挥。

2.2 资源开发条件

清河水库位于辽宁省铁岭市清河区东部，控制面积2376km2，最大库容9.71×108m3。该水库建成于1962年，水库枢纽功能完备；且该工程区位于市郊，交通便利，便于开发利用。该水电站利用清河水库拦河坝蓄水，利用清河水库右岸输水洞改造工程取水头部、输水洞进行引水，仅需扩建调压井，新建压力钢管、电站厂房、升压站、尾水渠和办公楼，工程投资较小，效益十分显著，可以说该工程条件得天独厚，十分难得。因此，该工程是一个建设成本经济，又使水能资源得到充分利用的水资源优化配置工程。该工程的建设，不仅可以充分利用当地有利的水资源开发条件，又可以创造良好的经济效益，发挥水库综合效能。

2.3 节能减排和地方经济的可持续发展

2011年9月27日，国务院召开全国节能减排工作电视电话会议，全面部署“十二五”节能减排工作，吹响了节能减排新的进军号。清河水库水电站工程有利于节能减排，该电站建成后，不仅不消耗不可再生能源，而且有利于充分利用可再生资源。该电站多年平均发电量4452万kW·h，产生的电能每年可节省标准煤14840t，可减少二氧化碳排放38881t、减少二氧化硫排放126t；同时，该电站建成以后，年均可提供4452万kW·h电力，有利于促进地方经济的可持续发展。

3 电站泄水流量

3.1 电站概述

清河水库水电站工程位于清河水库拦河坝下游，该电站尾水左侧分别为清河水库左、右岸泄洪洞，右侧为清河水库溢洪道，其中左岸泄洪洞位于电站尾水渠上游1.34km处，右岸泄洪洞紧邻电站厂房，溢洪道位于电站厂房左侧320m处。清河水库溢洪道全长2.48km，共设6孔闸门，闸门尺寸10m×9.5m，溢洪道下游1.72km处为开草公路，由于历史原因，未设置泄流设施，遇溢洪道泄洪时，洪水经开草公路漫流至下游清河主河道，漫流段开草公路长348m，宽7m,路面高程98.57m。清河水电站尾水渠末端下游为原清河电厂回水泵站倒虹吸，倒虹吸距尾水渠1.02km，倒虹吸宽4m，横穿河道段长108m，涵顶高程94.87m。清河水电站尾水渠下游1.89km处为清河水库溢洪道入清河河口，3.01km处为橡胶坝，橡胶坝过流段宽156m，坝袋顶高程93.20m，底板顶高程89.70m。清河水库相应标准泄洪下泄流量见表1。

表1 清河水库相应频率下泄洪峰成果

3.2 清河水库防洪调度运行方式

清河水库防洪调度运行采用“先左、右岸泄洪洞泄洪，当其泄洪能力不足时，再利用左右岸泄洪洞和溢洪道联合泄洪”的原则。

3.3 清河水库各泄洪建筑物相应洪水泄流量

根据清河水库防洪调度运行方式，可查得相应频率下各泄洪建筑物的下泄流量，具体见表2。

表2 清河水库相应频率下各泄流建筑物泄流量成果

4 电站尾水防洪特征水位确定

4.1 控制断面处理水位流量

根据清河水电站地形资料，可知与该电站尾水特征水位相关的控制断面有4处，分别为：滚水坝处(T-1)、倒虹吸处(T-2)、溢洪道下游开草公路处(T-3)和橡胶坝处(T-4)，其中T-1断面受T-2断面雍水影响。根据堰流计算公式，分别计算各控制断面的水位～流量关系曲线。

堰流计算公式如下：

式中σs——淹没系数；

σc——侧收缩系数,取1；

m——自由溢流流量系数，取0.32；

b——堰顶宽度，m；

H0——堰上水头，m。

经计算，清河水库相应频率下泄洪峰流量时各控制断面处洪水水位具体见表3。

表3 清河水库相应频率下泄洪峰流量时各控制断面水位成果

T-3为清河水库溢洪道下游开草公路断面，该断面左侧为清河水库拦河坝下游滩地。溢洪道泄洪时，先通过开草公路漫流，型式为宽顶堰过流，此时拦河坝下游部分滩地存在洪水漫流，随着泄洪时间的推移，开草公路受洪水冲刷，过流形式逐渐由堰流转变为明渠非均匀流。堰流时，由于受开草公路的雍水影响，洪水雍水水位最高，由表3可知，设计洪水时，拦河坝下游滩地100.00m高程出现洪水漫流；校核洪水时，拦河坝下游滩地100.06m高程出现洪水漫流。该电站工程尾水洪水位受T-3上断面控制。

以T-3断面为控制断面，以T-3上水位为控制水位，利用能量方程推求清河水库水电站尾水渠下游相应设计标准时的洪水水位，能量方程具体如下：

式中Z1、Z2——分别为下、上游断面的水位，m；

hf、hj——分别为上下断面间的沿程、局部水头损失，m；

u1、u2——分别为下、上游断面的流速，m/s。

采用以上公式计算，求得电站尾水下游20年一遇洪水标准，洪峰流量为300m3/s时，洪水水位为96.24m；50年一遇洪水标准，洪峰流量为1184m3/s时，洪水水位为100m；100年一遇洪水标准，洪峰流量为1187m3/s时，洪水水位为100.01m。

4.2 电站尾水位

厂址下游为新建尾水渠，流量计算公式如下：

式中A——平均断面面积，m2；

R——水力半径，m;

n——糙率，取0.017；

S——比降，取0.001。

计算结果见表4，台机组满负荷发电时的正常尾水位为95.46m，单机满负荷发电时的最低尾水位94.84m。

表4 尾水渠水位-流量关系

5 结 语

清河水库水电站工程设计洪水采用《清河水库除险加固工程初步设计报告》设计洪水，经分析复核，设计洪水成果合理。

清河水库区间来水量4.47×108m3，多年平均流量14.17m3/s。2040年辽宁省重点输水工程建成后，清河水库设计来水量为流域来水和省重点输水工程调入水量，共计10.43×108m3，届时，用于发电的水量将达8.47×108m3，多年平均放流量26.86m3/s。

清河水库水电站工程拦河坝500年一遇设计洪水标准时洪水位为135.10m，洪峰流量为7840m3/s，10000年一遇校核洪水标准时洪水位为138.06m，洪峰流量为13100m3/s。电站厂房尾水渠下游处20年一遇设计洪水最高水位为96.24m，洪峰流量300m3/s；50年一遇设计洪水最高水位为100m，洪峰流量1184m3/s；100年一遇设计洪水最高水位为100.01m，洪峰流量1187m3/s。

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Analysis on hydropower station tail water flood control characteristic water level

JIANG Like

(LiaoningTielingNanchengziReservoirAdministrationBureau,Tieling112000,China)

Qinghe Reservoir is a large water conservancy project which is mainly based on flood control and irrigation, and comprehensively utilizes industrial water supply, fish farming, tourism, etc. It shoulders various water supply tasks of ecological hydrating, efficient agricultural water supply, etc. of Liaohe River. Qinghe Reservoir hydropower station belongs to Qinghe Reservoir water resources comprehensive utilization and development project. Dritnage flow of the hydropower station is controlled by water quatity scheduling of Qinghe Reservoir. Characteristic water level of power station tail water is analyzed in order to fully utilize local water resources and improve the utilization rate of the hydropower station, which is beneficial for rationally arranging water supply time segment and discharge capacity under precondition of ensuring reservoir water supplement task, increasing hydropower station output, and improving power generation benefits of the hydropower station.

water level; water resources; drain water flow; hydropower station

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.04.020

TV74

A

2096-0131(2016)04- 0068- 04