海里水电站增效扩容改造工程设计洪水计算分析

罗 艺，黄雄燕，李 东

(1.贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002;2.四川大学水电学院，四川 成都 610065)

涟江海里水电站系蒙江梯级规划中涟江河段第二级，坝址以上集雨面积1950km2，多年平均径流量12.17×108m3/s，水能资源丰富。海里水电站由2000年建成的海里水电站及1983年竣工的青山河电站组成。青山河电站从建成运行至今，已运行33a，超过服役年限，且未进行系统维护，大坝、引水渠道渗漏严重，机组老化、汽蚀严重、故障频发，厂房破旧，无法保障安全运行，近年没有发电，处于待报废状态。海里水电站从建成运行至今，已运行16a，机组老化损耗严重，效率大大降低，近3a年均发电量8140kW·h，低于设计8830kW·h。海里水电站年利用小时数为5276h，远超出省内平均值，年利用小时数偏高；现状水量利用系数为42.5%，水量利用率是偏低，且引用流量小于多年平均流量，水资源未能得到充分利用。为了为工程规划设计和投资提供详细决策依据，确保电站大坝及防洪调度安全，通过现场踏勘开展全面水文分析[1]，以获得适合蒙江流域梯级开发规划和电站增效扩容改造特性的设计洪水计算成果，确保工程高效优质的规划建设。

1 流域概况

涟江属蒙江左岸一级支流，位于贵州中南部。发源于贵安新区党武乡摆牛，在贵州省罗甸县双河口汇入蒙江。流域水资源量14.48×108m3，水力资源理论蕴藏量22.8×104kW，技术可开发量19.72×104kW，涟江水力资源主要集中在下游河段，下游水力资源量占全流域98%。海里电站坝址集雨面积1950km2，主河道长110.8km，河床平均比降4.1‰。海里电站厂房厂址以上集水面积1960km2，主河道长114.6km，主河道坡降4.0‰。

涟江流域属亚热带季风湿润气候，境内冬暖夏凉。多年平均降水量1186.9mm，降水主要集中在夏季5～9月，占全年降水量的72%，平均无霜期291.7d，年平均相对湿度81%，年平均日照时数为1298.1h。大风日数3.5d，多年平均风速2.1m/s，全年以N风居多。全年无霜期267d，最大积雪深度14cm。多年平均风速2.1m/s，多年平均最大风速11.8m/s，全年静风频率28%。历年实测最大一日降水量185.8mm，年平均水面蒸发量1348mm。流域内主要灾害性天气有春旱、冰雹、夏旱、暴雨、洪涝等。

2 暴雨洪水特性

2.1 暴雨特性

优选青岩雨量站、大坝雨量站、惠水气象站摆金、芦山、断杉、代化、边阳雨量站作为海里电站设计暴雨分析计算的分析站。分析测站最大一日降雨量统计参数[2]，见表1。

表1 测站最大一日降雨量统计汇总

由表1可知，利用测站最大一日降雨量均值[3]，计算得其多年平均最大一日降雨量算术平均值为92.4mm，H24=1.12×H日=103.4；结合“贵州省年最大24h暴雨均值等值线图”，海里电站坝址以上流域多年平均年最大24h暴雨均值在90～100mm左右，其Cv在0.40左右。计算成果与暴雨的地区规律相符，结合测站适线成果以及相关等值线，设计流域最大24h暴雨量为100mm，变差系数Cv=0.4，Cs/Cv=3.5。

2.2 洪水特性

涟江流域洪水为雨源型洪水，汛期每年5月开始，10月底结束。年最大洪水多发生在6～7月，约占历年实测最大洪水的68%左右。洪峰持续时间3～5h，涨洪历时一般15h左右，洪水总历时3～5d。1965年至今50a间，1999年洪水最大，洪水水位为882.35m，厂房尾水洪痕高程为813.56m，坝址处洪峰流量为2160m3/s，厂房处洪峰流量为2180m3/s。

3 设计洪水分析

3.1 参证站设计洪水计算

海里电站坝址集雨面积1950km2，厂房以上集雨面积1960km2，集雨面积大于1000km2，不满足《贵州省暴雨洪水计算实用手册》中计算公式的适用条件，不宜采用雨洪法计算设计洪水[4]。因此，设计洪水计算以惠水水文站为参证站，采用水文比拟法[5]将惠水水文站洪峰流量比拟到海里电站坝址和厂房断面，设计洪水计算成果见表2、3。

3.2 设计洪水过程线

对惠水水文站1960、1970、1980、1999年等实测洪水过程进行分析，最终选择峰高量大的1970年洪水为典型洪水过程线，并以此为依据，按峰控制同倍比法放大[6]，确定海里电站不同频率设计洪水过程线，如图1所示。

3.3 设计洪水成果合理性分析

现场踏勘调查到坝址1999年洪水，其流量为2180m3/s，其重现期为50a一遇。坝址设计50a一遇洪峰流量为2130m3/s，两者仅相差2.34%，设计洪水与历史洪水成果基本吻合[7]。设计洪水成果相比原《贵州海里水电站初步设计》设计成果偏小6.83%～10.6%。原设计成果资料年限仅到1992年，其统计多年平均洪峰流量为577m3/s，Cv=0.52；改造工程分析计算加入了1993～2014年的洪峰资料，统计多年平均洪峰流量为543m3/s，Cv=0.51；改造工程多年平均洪峰流量均值相比原初设成果偏小6.3%。据惠水水文站资料显示，2000年之后再无发生过较大洪水，且年洪峰流量相较2000年之前洪水小。因此，设计洪峰流量相较原设计成果偏小。

从区域综合分析角度看，改造工程设计洪水P=0.05%～20%洪峰模数为22.7～7.3m3/(s·km2)(流域面积按1950km2计算，洪峰面积影响指数n

表2 海里电站坝址设计洪水计算成果 洪峰：m3/s 洪量：108m3

表3 海里电站厂房设计洪水计算成果 洪峰:m3/s 洪量：108m3

图1 海里电站坝址不同频率洪水过程线

参照雨洪计算公式取0.67[8])，P=1%洪水洪峰模数为15.1m3/(s·km2)，与区域洪峰模数接近，符合贵州省中小流域洪峰流量模数分布规律。由于惠水水文站与海里水电站同属涟江流域，因此采用惠水水文站实测洪水计算海里电站坝址洪水是合适的，成果也是基本合理的。

4 分期设计洪水分析

根据设计流域暴雨、洪水特性和施工期安排，考虑11～3、12～3、11～4、12～4月等分期进行比较[9]。分期设计洪水计算，综合以往的分析成果，并考虑到分期洪水量级较小，受岩溶及伏流的影响相对较小，从流域面积、产汇流特性上看[10]，选用惠水站作参证站较为合理。从惠水水文站历年实测流量资料中，根据跨期选样、本期使用的原则(跨期为10d)，组成1959～2014年资料系列，进行频率分析计算，确定统计参数，按面积比指数n=0.67。采用水文比拟法移到坝址，得到水电站施工洪水，成果见表4。

表4 坝址(厂房)分期设计洪水成果

从表4可知，坝址(厂房)分期设计洪水成果符合长包短的变化规律，与涟江流域分期洪水实际特性匹配性好，成果合理，满足工程安全规划设计要求。

5 结论

海里水电站增效扩容改造工程是合理利用涟江梯级水能资源、挖掘电站扩容潜力和促进惠水县农村经济可持续发展的再创造过程。通过对涟江流域暴雨洪水特性规律的推演计算，结合水文比拟法计算分析获得了电站坝址和厂房的设计洪水成果，为工程科学规划设计、施工建设和兴利调度提供了详细数据依据。