金溪水电站厂房防洪标准复核分析.pdf

金溪水电站厂房防洪标准复核分析 陈光达 温州市水利水电工程质量监督站 浙江温州 325000 朱丽燕 杭州江 河造价 咨询 有限公 司 浙江杭州 310016 摘 要 通过对金溪水电站厂房防洪标准的复核 现状厂房的实际防洪能力达不到现行规范规定的要求 为此分析 了达不到防洪标准的原因 并总结了沿溪而建的老电站在防洪上普遍存在的问题 表 7 个 关键词 水电站厂房 防洪标准 洪水计算 水力计算 复核分析 1 前 言 金溪水电站位于浙江省永嘉县境内小楠溪的支 流金溪上 坝址位于金溪村下游峡谷处 距永嘉县 城74km 厂址位于金溪右岸巽宅镇上游约 800m 处 坝址以上流域面积 118km2 是一座以发电为 主 结合供水 防洪 灌溉等综合利用的水利工 程 水库总库容1 937万m3 设计洪水标准为 50 年 一遇 校核洪水标准为 500年一遇 电站装机容量 2 8 000kW 设计年发电量3 567万 kW h 发电厂 房设计洪水标准为 20 年一遇 校核洪水标准为100 年一遇 金溪电站于 1994 年 1 月中旬动工兴建 1996 年9 月基本建成 1996 年 9 月底 通过封孔蓄水验 收 10 月上旬下闸蓄水 同年 12 月下旬 通过机 组启动验收 电站投入试运行 自投入试生产以 来 已累计发电 3 亿多 kW h 发挥了良好的经济 效益和社会效益 2001 年 6月 25 日 水库上游普降暴雨 日降 雨量88 5mm 水库开闸泄洪 在下泄流量 812m3 s 时 发电厂房洪水位 111 80m 发电厂房地坪高程 为 111 70m 水位已经超过原设计100年一遇的校 核洪水位 为此 需要重新对厂房的防洪标准进行 复核 2 洪水计算成果 2006 年 浙江省水利河口研究院对金溪水电 站水库大坝进行安全鉴定 分别对水库上游的降雨 量 设计洪水进行复核 并按调度要求对水库进行 调洪计算 经与类似工程复核 本次计算成果基本 合理 可靠 水库各频率下泄流量 见表 1 表 1 金溪水库洪水调节成果表 项 目单 位 各 频 率 计 算 值 0 10 20 5123 3351020 入库洪峰流量 m3 s 2 104 01 925 01 705 01 523 01 373 01 269 01 135 0906 0702 0 最高洪水位m263 1262 6262 1261 6261 1260 8260 7260 7260 1 相应库容 万 m3 1 951 01 917 01 879 01 848 01 812 01 790 01 783 01 783 01742 最大泄流量 m3 s 1 960 01 804 01 622 01 475 01 315 01 225 01 135 0906 0700 厂坝址区间流域面积 16 7km2 厂址处各频率 洪峰流量由水库下泄流量和厂坝址区间流量迭加而 成 采用浙江省推理公式推求设计洪水 则厂址处 各频率洪峰流量 见表 2 25 小水电 2007年第5 期 总第 137 期 规划设计 表 2 厂址处各频率洪峰流量计算成果表 项 目单 位 各 频 率 计 算 值 0 10 20 5123 3351020 水库泄流量 m3 s 1 9601 8041 6221 4751 3151 2251 135906700 区间流量 m3 s 286262235215193178162141116 厂址流量 m3 s 2 2462 0661 8571 6901 5081 4031 2971 047816 2001 年 6 月 25 日 实测日降水量为 88 5mm 根据此降雨量计算得厂坝址区间洪峰流量为 63m3 s 水库实测下泄流量为 812 m3 s 则 2001 6 25 洪 水厂址处的洪峰流量为 875m3 s 3 水力计算 3 1 水力计算数学模型 金溪河道属山溪河流 河道坡降较大 洪峰流 量相应较大 水力计算采用山区性河道恒定非均匀 流法进行计算 3 1 1 基本方程 河流连续下 上断面能量函数为 E1 Z1 1 V1 2 2g L 2 Q 2 K12 E2 Z2 1 V 22 2g L 2 Q 2 K22 当流量 Q 不变时 E1 E2 则 Dz Z2 Z1 V1 2 V22 2g V22 V12 2g L Q 2 2 1 K12 1 K22 式中 Q 为洪峰流量 m3 s V1 V2为下 上断 面的流速 m s L 为下 上断面 间距 m Z1 Z2为下 上断面的水位 m K1 K2 为下 上断面的流速模数 K2 A 2 R4 3 n2 3 1 2 计算参数的选取 道路坡降 根据河道实测断面底高程量求 河道断面 根据实测河道断面量求 在厂址上 下游近 2 0km 的河道实测了 7个断面 其中在厂区 尾水渠出口和上游侧围墙处各测一个横断面 下游 控制断面位于厂房下游 1 3km 的堰坝处 断面成果 满足设计要求 河道糙率 n 2001 年 6 月 25 日发生的洪水为 电站建成后下泄流量较大且有水位流量数据记载的 一次洪水 根据此次厂房的洪水位反推算河道的糙 率 同时验证原初步设计选用的河道糙率是否 合理 局部损失系数 逐渐扩散段 0 1 0 333 急剧扩展段 0 5 1 0 收缩及平顺 段 0 0 3 2 水力计算边界条件确定 3 2 1 上边界条件 本工程设计过水流量由上游金溪电站水库下泄 流量与区间洪水流量叠加而成 3 2 2 下边界条件 在本河道的下游 1 3km 处 有一处新建堰坝 本次水位推求以该处堰坝的河道断面为下游边界断 面并作为 水力 计算 的起始 断面 该 拦水 堰宽 67 50m 堰顶高程 101 80m 堰顶宽 3 0m 左右 见表 3 表 3 下游边界水位计算成果表 项目名称符 号单 位 设 计 频 率 6 25 洪水P 5 0 P 3 3 P 2 0 P 1 0 流 量Qm3 s875 001 297 001 403 001 508 001 690 00 堰坝宽Bm67 5067 5067 5067 5067 50 坝顶高程m101 80101 80101 80101 80101 80 水 深m3 614 694 945 185 59 水面高程Hm105 41106 49106 74106 98107 39 26 规划设计 SMALL HYDR O POWER 2007No5 Total No137 3 3 水力计算成果 3 3 1 河道糙率计算 2001年 6 月 25 日洪水时的水库下泄流量为 812m3 s 计算得区间洪水流量为 63m3 s 则厂址 处洪 峰 流 量 为 875m3 s 厂 区 最 高 洪 水 位 在 111 80m 利用此水位和流量推算河道现状糙率 n 0 0391 大于原初步设计取用的 n 0 033 3 3 2 厂址处水位 流量关系曲线计算 厂址处河道断面 5号 6 号断面 较为开阔 而下游 350m 处的 4 号断面 河道较窄 在水位 108 836m 以下时 上游来水不受下游 4 号断面影 响 其水位 流量关系计算采用恒定均匀流计算 在水位 108 836m 以上时 上游来水受下游 4 号断 面的淹没影响 其水位 流量关系计算采用恒定非 均匀流计算 按照上述方法 计算得厂区段各断面 和厂址处水位 流量关系成果 见表 4 表 5 表 4 厂区段各频率水面曲线成果表 频率 流 量 m3 s 糙率 n 断面 1断面 2断面 3断面 4断面 5 断面 6 厂址处 断面 7 6 25 洪水8750 039 1106 21107 35108 50109 25110 48111 80112 18 P 5 1 2970 039 1106 49107 73109 65110 26111 70113 00113 24 P 3 33 1 4030 039 1106 74107 97109 92110 49111 98113 30113 51 P 2 1 5080 039 1106 98108 19110 19110 70112 24113 59113 77 P 1 1 6900 039 1107 39108 58110 63111 06112 68114 07114 22 表 5 厂址处水位 流量关系成果表 水位 m 107 25107 5108108 5108 836109109 5110 流量 m3 s 0 000 173 310 3150 3188 4297 7414 3 水位 m 110 5111111 5112112 5113113 5114 流量 m3 s 539 5673 2815 6966 81 127 11 296 51 475 21 663 3 金溪电站原设计厂址断面水位 流量关系采 用稳定均匀流公式计算 厂址河段糙率取用 n 0 033 原计算成果 见表 6 表 6 原设计厂址处水位 流量关系成果表 水位 m 106 8107107 5108108 5109109 5 流量 m3 s 01 22479170306491 水位 m 110110 5111111 5112112 5113 流量 m3 s 734 1 052 1 422 1 840 2 310 2 8203 358 通过对表 5 和表 6 的比较可知 本次复核的河 道过流能力与原设计相差较大 因本次复核采用稳 定非均匀流公式计算河道过流能力 河道糙率根据 历史洪水进行反推计算 且有历史洪水验证 故本 次复核更符合工程实际 成果更为合理 3 3 3 厂区后侧小溪沟的防洪复核 厂区后侧小溪沟的集雨面积为0 287 5km2 设 计标准 50年一遇和校核标准 100 年一遇的来水量 分别为 9 7m3 s 和 10 5m3 s 现状是采用 0 5 0 5m 的排水沟经厂区直接排向主河道 不能满足 排洪要求 3 4 成果合理性分析 3 4 1 与原设计成果比较 根据 防洪标准 GB50201 94 金溪电站 装机容量16 000kW 工程规模小 I 型 属 级 电站工程 主要水工建筑物的级别为 4 级 其防洪 标准 重现期 设计为 50 年一遇 校核为 100 年 一遇 金溪电站原初步设计采用防洪标准为 20 年 一遇设计 100年一遇洪水校核 校核洪水标准与 现行规范相同 但设计洪水标准比现行规范低 本 次复核采用现行防洪标准 列出各阶段洪水位成果 并相互比较 见表 7 27 小水电 2007年第5 期 总第 137 期 规划设计 表 7 各频率厂址洪水位成果比较表 阶段项 目 各频率 计算值 123 3356 25 洪水 本次 复核 流量 m3 s 1 6901 5081 4031 297875 洪水位 m 114 1 113 6 113 3 113 0111 8 原 设 计 流量 m3 s 15051 158 洪水位 m 111 2110 5 厂房地坪高程 m 111 7 厂区地坪高程 m 111 5 由表 7 可知 本次复核各频率洪水位有较大提 高 20 年一遇洪水位比原设计提高 2 52m 100 年 一遇洪水位比原设计提高 2 86m 按照现行标准 厂房设计洪水标准 50 年一遇洪水位 113 59m 校 核洪水标准 100 年一遇洪水位 114 07m 均高于现 状厂房地坪高程 111 70m 故厂房防洪标准不满 足要求 3 4 2 合理性分析 比较本次复核成果与原设计成果 厂房洪水位 比原设计值高的主要原因是 1 溪流河床高程比原设计有所提高 原来河床高程为 106 8m 本次实测高程为 107 25m 比原来提高 0 45m 2 河道糙率有所增大 原计算取用的河道糙率数值偏小 n 0 033 本次根据历史洪水进行验证 n 0 039 1 数值明 显增大 3 计算方法的差异 原设计采用恒定均匀流推求水位 流量关系曲 线 没有考虑厂址下游狭窄过水断面的影响 实际 天然河道的流态为非均匀流 当有大流量洪水通过 时 其下游的洄水影响是控制性因素 应加以考 虑 本次复核采用均匀流和非均匀流相结合的方 法 比较切合河床实际情况 4 原计算洪峰流量偏小 金溪水电站为引水式电站 厂址处流量为水库 泄洪流量加上区间洪水 在原初设文本中设计洪水 流量1 158m3 s 校核洪水流量1 505m3 s 实际上 该流量为水库下泄流量 厂址处的洪峰流量应加上 坝厂址的区间洪水 故原计算采用的洪峰流量明显 偏小 本次洪水复核中加入了区间流量 4 防洪标准复核结论 1 根据 防洪标准 GB50201 94 金溪水 电站厂房为小 1 型 属 级工程 主要水工建 筑物的级别为 4 级 其防洪标准 设计为 50 年一 遇 校核为 100年一遇 金溪电站原初步设计采用 防洪标准为 20年一遇设计 100 年一遇洪水校核 设计洪水偏低 校核洪水标准相同 本次复核按现 行防洪标准进行复核 2 按设计标准 重现期 50 年 校核标准 重现期 100 年的设计洪水进行复核 本次复核