枕头坝一级水电站设计洪水受瀑布沟水电站水库调蓄影响分析

1、枕头坝一级水电站设计洪水受瀑布沟水电站水库调蓄影响分析第23卷第3期贵州水力发电CUIZHOUWATERP0WER2009年6月?水文与气象?枕头坝一级水电站设计洪水受瀑布沟水电站水库调蓄影响分析汪俊,陈文春(1.贵州天能电力实业有限公司,贵州贵阳550002;2.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院,贵州贵阳550081)摘要:大渡河是岷江的最大支流,大渡河干流两侧沟壑发育,支流较多,水系发育.由于大渡河流域的地形特征和气候特点,流域内具有较为独特的暴雨洪水特性.本文结合上游已建电站的调节性能,对枕头坝一级水电站设计洪水受上游瀑布沟水电站调蓄影响进行分析,为减小工程泄洪规模具有现实意义.关键词

2、:水利工程基础学科;设计洪水;水库调蓄影响;枕头坝一级水电站中图分类号:TV212.4;TV122.3文献标志码:B文章编号:10070133(2009)03-0008-041流域概况大渡河是岷江的最大支流,位于青藏高原东南边缘向四川盆地西部的过渡地带,地理位置界于东经99.42一103.48,北纬28.l5一33.33之间,北以巴颜喀拉山与黄河分界,南以小相岭,大凉山与金沙江相邻,东以鹧鸪山,夹金山,大相岭与岷江青衣江分水,西以罗科马山,党岭山,折多山与雅砻江接壤.大渡河发源于青海省境内的果洛山南麓,分东,西两源,东源为足木足河,西源为绰斯甲河,东源为主流,两源在双江口汇合后始称大渡河.大渡

3、河流域四周为崇山峻岭包围,周界高程一般3000m以上,有不少40005000m高的山峰;中游的分水岭有一些较低的垭口,高程在2000m左右,成为水气的主要通道;干流大致由北向南流经金川,丹巴,泸定等县至石棉折向东流,再经汉源,峨边,福禄,沙湾等地在草鞋渡接纳青衣江后于乐山市城南注入岷江;干流河道全长1062km,全流域集水面积为77400km(不含青衣江).58943km,占全流域集水面积的76.2%;泸定至铜街子为中游,集水面积为17440km,占全流域集水面积的22.5%;铜街子以下为下游,集水面积为1017km,占全流域面积的1.3%.大渡河流域自上世纪60年代起修建的大中型水电站主要为

4、干流上的龚嘴水电站,铜街子水电站和支流南桠河上的二级水电站,三级水电站,这些水电站仅具有日调节性能.目前大渡河干流上正在建设的电站有瀑布沟,深溪沟2个水电站,瀑布沟水电站装机容量为3300MW,正常蓄水位以下库容为50.64亿m,调节库容为38.8亿m,为季调节水库;深溪沟水电站装机容量为6601VIW,正常蓄水位以下库容为0.3227亿m,为日调节水库.枕头坝一级水电站为大渡河干流水电梯级调整规划的第19个梯级,坝址位于泸定铜街子段的大渡河中游金口河镇附近,流域面积为73057km,收稿日期:20090428作者简介:汪俊(1965-),男,湖北省仙桃市人,工程师,从事大渡河一般以泸定以上为

5、上游,集水面积为水电站管理工作.加强对水环境质量的管理,将有限的水资源充分利用起来;对现有河流,排灌渠等水利工程要疏通修整,要与水库联合调度,采用输,调,蓄等多种手段联合运用,达到蓄积雨水,补充地下水,涵养生态水的目的,为工农业生产和生态环境提供水资源保障,提高水资源对经济社会发展的贡献率;要节约用水和推广节水型工业生产工艺,提高工业用水的重复利用率,加强城市生活用水管理,提高公民节水意识,推广住宅和公共用水的节水卫生器具;?8?污水处理再生水要回用于水钢冷却水,老鹰山焦化厂,环境用水等.采取以上措施后,将有效推动六盘水市钟山区中心城区水资源的可持续发展.参考文献:1六盘水市水利局.六盘水市水

6、资源公报R.2六盘水市环保局.六盘水市中心城区及其周边地区可供水量R.3六盘水市水利水电勘测设计研究院.六盘水市城市水资源规划R.汪俊,等:枕头坝一级水电站设计洪水受瀑布沟水电站水库调蓄影响分析2009年第3期河道平均坡降为1.8%o.坝址区为凝灰岩,坝址处天然水面高程为590Ill,初拟正常蓄水位为618in,与上游深溪沟水电站衔接,初拟装机规模为720MW.坝址流域形状较狭长,略呈L形,流域平均宽度约73km,流域地势总的特点是北部高,中部隆起,西南部最高,东南部最低.流域属高山峡谷区,峰谷相对高差大,河流下切剧烈,河谷深狭,落差大,水流湍急,是典型的山区河流.2流域暴雨洪水特性2.1气候

7、降雨特性大渡河流域地跨5个纬度,4个经度,海拔相差很大,加之地形变化复杂,致使流域内气候差异很大.按气候区戈,流域上游属川西高原气候区,流域中下游属四川盆地亚热带湿润气候区.大渡河流域上游的高原及山原地区海拔一般在3000ITI以上,属亚寒带及寒温带气候,干湿季分明,长冬无夏,春季多大风,天气寒冷干燥,因上游地势较高,又远离水汽源地,年降水量较小,约在700mm左右;一般每年9月开始降雪至次年6月,甚至全年均可降雪,降雪是降水的主要形式之一.大渡河流域的中游属亚热带湿润气候区,气候随海拔的变化仍很明显,河谷地区四季明显,由于地形复杂,迎风面和背风坡降水量差异较大,在泸定一石棉乌斯河的干流沿岸,

8、支流流沙河及尼日河下游,因受焚风影响为少雨区,多年平均年降水量在700mm左右;在右岸支流田湾河松林河一南桠河中上游至尼日河上游一带为多雨区,多年平均年降水量为1200mm以上;而官料河,金口河,茅干河多年平均年降水量在1000mm左右;在峨边一带又为一低值区仅为800mm左右;龚嘴以下降水量较丰,多年平均年降水量在12501600mm之间.大渡河流域下游有冬暖,夏热,秋凉和较为湿润的气候特点,由于水汽供应充足,降水量丰沛,多年平均年降水量在1300mm以上,如峨嵋山的华严顶(初殿)雨量站多年平均年降水量为2500mm.枕头坝一级水电站位于大渡河流域中游,属四川盆地亚热带湿润气候区,气候随海拔

9、的变化很明显.河谷地区四季气温变化也很明显,坝址多年平均气温为16.4C,极端最高气温为35.7,极端最低气温为一3.2C;多年平均年蒸发量为1209.8mm(口径20cm蒸发皿观测值),多年平均相对湿度76%,最大风速l7.3m/s,多年平均年降水量837.5mm,历年最大日降水量157.4mm.坝址区流域降水量主要集中在5月,占全年总降水量的80%左右,降水日数可达180d以上.流域所有地区都可发生暴雨,最大日降水量在1501TII2Cl左右.2.2洪水特性大渡河流域洪水由暴雨形成,主要为峰面雨.从上下游干支流包括足木足,绰斯甲,大金,丹巴,泸定,农场,毛头码,沙坪,铜街子,岩润,红旗等各

10、站的分析可知,年最大洪峰流量在干流最早发生在6月,支流红旗水文站最早发生在4月,干支流最迟均出现在9月.6_一9月为主汛期,年最大洪水发生时间比较集中,各地区在主汛期6月,7月内发生年最大洪水的可能性均在65%以上.从实测和调查洪水分析,区间各支流很少同时发生大洪水,于流与支流洪水遭遇的可能性较小.3设计洪水成果分析大渡河主要水文站设计洪水成果比较见表1,从表1中可看出:设计洪峰模数在大金水文站泸定水文站之间自上游向下游递减,这与泸定一带为少雨区是相吻合的,而在农场水文站铜街子水电站之间自上游向下游递增,这与本流域自中游向下游降雨递增的规律是吻合的;设计洪峰变差系数C从上游大金水文站到瀑布沟水

11、电站逐渐减小,瀑布沟水电站至铜街子水电站的C逐渐增大,这是由于瀑布沟水电站至铜街子水电站流域处于青衣江,马边河暴雨区的波及范围,暴雨出现机会较多,由于高山纵横,不利于暴雨的空间扩展,形成的局部地区性暴雨较多,所以暴雨洪水地区分布的不一致性十分明显.枕头坝一级水电站坝址洪峰均值在泸定水文站与沙坪水文站之间,洪峰模数及统计参数Cv值符合上述的自上游向下游递增的规律,成果合理.4瀑布沟水电站水库对枕头坝一级水电站设计洪水的影响分析4.1问题的提出瀑布沟水电站于2004年开工,预计2009年第1台机组发电.瀑布沟水电站调洪蓄水改变了下游河道的天然状态,其洪水调度对枕头坝一级水电站坝址洪水势必产生一定的

12、影响.4.2洪水组成分析瀑布沟水电站坝址集水面积为68512km,占枕头坝一级水电站坝址面积的93.8%,瀑布沟一枕头坝一级水电站坝址区间集水面积为4545km,占枕头坝一级水电站坝址面积的6.2%.根据坝址年最大洪水系列统计分析,可以得出?9?第23卷第3期贵州水力发电2009年6月大金水文站丹巴水文站泸定水文站农场水文站瀑布沟水电站毛头码水文站枕头坝钡水电站沙坪水文站铜街子水电站40484527385894364746685l2726537305775016763830.325O.2850.2350.2250.2250.2350.2350.2450.2450.1710.1470.1350.

13、1400.1450.1580.1570.1720.173枕头坝一级水电站坝址洪水组成规律:瀑布沟水电站相应的一日,三日,七日洪量平均为枕头坝一级水电站坝址的89.9%,91.5%,90.8%,各时段变幅不大,区间相应来洪量也不大,多年平均约占10%.各时段洪量大于集水面积比例,说明瀑布沟枕头坝一级水电站的区间暴雨强度较瀑布沟以上大.根据枕头坝一级水电站坝址洪峰大于5000,5500,6000m/s的洪水组成分析,发现随着洪水量级的增大,瀑布沟水电站以上来水量所占的比重略有增加,当流量大于6000m/s以上时,其比例分别为91.7%,92.5%,91.6%,说明大洪水时瀑布沟水电站来水占枕头坝一

14、级水电站坝址洪水的比例还有所增长.从洪水遭遇分析,瀑布沟水电站和枕头坝一级水电站年最大洪峰流量发生在一日洪量,年最大三日洪量(起始于同一日),年最大七日洪量(含错开一日),年最大十五日洪量(含错开一Et)分别占总次数的72.1%,83.7%,83.7%,88.4%,可见时段越长,洪水上下游相应性越好.另就枕头坝一级水电站年最大洪峰大于5000,5500,6000m/s的洪水遭遇分析,两者发生在同一日的次数占总次数的概率分别为76%,90%,100%,可见随着洪水量级的加大,年最大洪水上下游相应性也越好.综上所述,枕头坝一级水电站坝址年最大洪水主要来自瀑布沟水电站上游干流,随着洪水量级的加大,年

15、最大洪水与上游的相应性也越好.由于区间面积较小,且区间洪水与干流洪水多不遭遇,对枕头坝一级水电站洪水影响较小.大渡河中游干流及其支流同时发生大洪水的情?10.况虽较为少见,但在1999年6月30日干流发生自有实测资料以来的第二大洪水时,同日,支流尼日河也发生洪水,为干支流洪水遭遇的典型.该年洪水的洪峰及一日,三日,七El洪量区间分别占到了枕头坝一级水电站的23.9%,16.2%,14.8%,14.5%.因此,在分析洪水地区组成时不仅要考虑干流为主的典型,还应充分考虑区间洪水与干流遭遇的情况.4.3洪水地区组成计算方法根据流域洪水地区组成规律,采用同频率组成法和典型洪水组成法对洪水地区组成进行分

16、析计算.(1)典型过程选择及各频率洪水过程线计算.根据以上分析,选择2种典型:其一为1981年洪水典型,该年洪水峰高且位置靠后,为上游来水为主的典型过程;其二为1999年干支流洪水遭遇的典型.各频率洪水过程线计算以瀑布沟水电站,枕头坝一级水电站,瀑布沟一枕头坝一级区间各自的设计洪水成果为控制,分别放大瀑布沟水电站,枕头坝一级水电站及区间各频率设计洪水过程线.(2)同频率洪水组成法.以1981年及1999年洪水为典型的瀑布沟水电站各频率洪水过程线,经瀑布沟水电站调洪后下泄过程加上区间洪水过程即可推算出受瀑布沟水电站影响的枕头坝一级水电站各频率设计洪水过程,成果见表2.(3)典型洪水组成法.选择1

17、981年和1999年的洪水为典型,然后按同一放大倍比(枕头坝一级的设计频率洪量与枕头坝一级的典型洪量之比)放大瀑布沟和瀑布沟至枕头坝一级区间的洪水过程线.经瀑布沟水电站调洪后下泄流量加上区间mB¨nnnmO0000O0XX钾奶5667899”OOOO0XXXX咖m咖砉枷67799UU如帅加5284944Ol233445566汪俊,等:枕头坝一级水电站设计洪水受瀑布沟水电站水库调蓄影响分析2009年第3期表2同频率洪水组成法计算枕头坝一级水电站受瀑布沟水电站影响洪水成果m/s洪水过程,即可推算出受瀑布沟水电站影响的枕头坝一级水电站各频率设计洪水过程,成果见表3.表3典型洪水组成法计算枕

18、头坝一级水电站受瀑布沟水电站影响洪水成果m/s4.4瀑布沟水电站调蓄影响分析根据以上分析计算结果可以得出瀑布沟水电站水库调蓄影响后的枕头坝一级水电站洪水成果,见表4.从表4可看出瀑布沟水电站的调蓄对枕头坝一级水电站洪水成果影响是有限的,坝址校核洪水标准为1000年一遇时,洪水削减幅度仅7%左右;设计洪水标准为100年一遇时,洪水削减幅度也小于10%.但考虑到瀑布沟水电站在枕头坝一级水电站建成之前投产发电,因此在枕头坝一级水电站洪水设计时,可考虑采用瀑布沟水电站水库调蓄影响后成果.5结论通过以上分析,可得出枕头坝一级水电站坝址流域的洪水特性及受瀑布沟水电站调蓄影响的结论如下:表4枕头坝一级水电站受瀑布沟水电站水库调蓄影响洪水成果对比(1)坝址流域暴雨一般均发生在6月,其中7月更为集中;暴雨历时较短,暴雨的空间分布很不均匀,暴雨雨区面积小,强度较大.(2)坝址流域洪水主要由暴雨形成,暴雨和洪水在时间上具有很好的相应性;较大洪水都发生在主汛期,由暴雨所形成;洪水过程陡涨陡落,峰高量不大,历时短;坝址流域洪水的地区分布很不