低水头电站水库回水分析研究

1、低水头电站水库回水分析研究卜继勘 ,李玲 ,罗纯军(湖南省水利水电勘测设计研究院 ,湖南 长沙410007)摘 要 : 指出了低水头电站水库常规回水分析处理方法中存在的问题 ,提出了应结合低水头电站特点的水库回水分析方法 。关键词 : 低水头电站 ;水库回水 ;特点 ;方法中图分类号 : tv74文献标识码 : b文章编号 : 100820112 ( 2003) 06200222021 问题的提出在河流上修建水工建筑物 ,改变了天然水流状态 ,库区水位 抬高 。为分析建库后对上游库区淹没的影响 ,在进行河流规划 、水库和电站设计时 ,均需计算库区回水曲线 ,该成果直接关系到工程建设的规模 ,因

2、此 ,水库的运行方式 、回水的计算处理方法 、 糙率取值等直接关系到库区人民财产安全和淹没损失的大小 , 是一项非常重要需慎重对待的工作 。低水头电站地处河流的中下游 ,地形开阔 ,人口密集 ,经济较 发达 、水头低 、断面过水流量大 ,水头对发电的影响敏感 ,在水库运行方式和回水处理等诸多方面与蓄能电站有不同之处 , 在此通过实例 ,对低水头电站水库回水处理等进行研究分析 ,提出一 些初步的看法 。2 低水头电站水库回水的特点低水头电站因水头低 , 一般遇水库淹没补偿标准的设计洪 水时已不发电 ,泄洪闸全部打开 ,水库建库前后坝前水位的壅高 值较小 ,壅水高度 ,仅由闸墩和溢流坝引取 ,一般

3、可控制在 0 . 3 m以内 ,水库回水在坝前就可尖灭 ,而影响水库淹没指标的主要是 非汛期正常蓄水位 ,较小流量时的常年淹没 ,这一点与蓄能电站有较大的差别 。通过研究分析 ,低水头电站回水线有如下特点 :在某一蓄水位时 ,小流量的回水尖灭点离坝址远 ,大流量的回水 尖灭点离坝址近 ,当闸门全开时回水终点尖灭点移到坝前 。3 低水头电站水库回水分析研究3 . 1 低水头电站水库运行方式 水库回水成果与水库的运行方式有直接关系 , 低水头电站的运行方式一般有 3 种 : 全年发电固定一个正常蓄水位 ; 水库分期水位控制 ; 考虑洪水预报后的水库水位控制 。低水头电站第 种运行方式要减少库区淹没

4、就得降低正常蓄水位 ,靠减少发电量来实现 。为减少库区淹没 ,同时又希望尽可能的增 加发电量 ,但第 、种运行方式便成为减少上游库区淹没损失的重要手段之一 ,第 种运行方式需要建立一套完善的水情测报系统 ,把流量分成段若干级 ,当预报某一流量等级的来水 ,将坝 前水位控制在某一高程 ,以不扩大上游淹没范围 。这种运行操作 较第 、种方式复杂 ,需要不断积累经验和完善的预报系统才 能保证调度的可靠性 。为说明问题 ,下面以第 种运行方式来分析回水计算处理方法 。3 . 2 低水头电站常规的水库回水计算处理方法3 . 2 . 1 常规的水库回水计算处理方法 低水头电站常规的水库回水处理方法有两种

5、: 一是按调蓄水库的回水计算处理方法 ,即只考虑某一频率洪水天然水面线 与建库后的回水线 ,该方法基本上不考虑水库运行方式和因流量大而机组停运情况 ,是 20 世纪 80 年代常采用的方法 。二是考 虑水库运行方式 ,且分析机组停机流量 ,即某一频率洪水淹没线 ,一般按正常蓄水位与停机流量的回水线和某一淹没补偿频率洪 水洪峰流量与相应的坝前水位 ( 这时闸门有可能全开) 的回水线取外包线 。3 . 2 . 2 存在的问题按常规的水库回水计算处理方法 ,可能存在以下问题 ,当发 生某一频率洪水洪峰流量及以下时 ,出现机组停运 ,这时闸门全 开 ,建库前后坝前水位差较小 ,如能控制在淹没处理规范规

6、定的0 . 3 m 以内 ,回水在坝前尖灭 ,这时按常规的回水处理方法计算的回水线会出现 : 坝前段回水位偏高 ,增大淹没补偿范围 ; 小流量时库尾淹没范围包不住 。反之 ,某一频率洪水的回水不能 在坝前尖灭 ,则也可能会出现上述第 种情况 。3 . 3 结合低水头电站特点的回水处理方法 为解决常规回水处理计算方法存在的问题 , 结合低水头电站特点研究水库回水处理方法 。低水头电站 ,当泄洪规模足够大 ,发生水库淹没补偿设计洪 水标准时能使建库前后的坝前水位差控制在要求的 0 . 3 m 范围 内 ,则水库淹没线应由以下两种情况组成外包线 : 正常蓄水 位与停机流量线 ; 正常蓄水位与停机流量

7、以下的各级流量 线 。当某一淹没补偿频率洪水建库前后坝前水位差在 0 . 3 m 以 上未尖灭时 ,则水库淹没线除上述 2 种情况的外包线外 ,还应包 括某一淹没补偿设计洪水标准闸门全开 ( 已不发电) 时的水位与 洪峰流量线取外包 。4 实例分析某水电工程兼有发电 、航运等综合利用效益 ,坝址多年平均 流量 1 720 m3 / s ,装机容量 140 m w ,正常蓄水位 40 . 5 m ,根据机 组特性确定的停机流量为 6 980 m3 / s ,坝址 2 年一遇洪水洪峰流收稿日期 : 2003202211 ; 修回日期 : 2003205228量为 11 400 m3 / s ,相应

8、的天然水位为 40 . 01 m ,闸门全开后水位为 40 . 14 m ,库区上游 92 . 3 km 处有一已建的闸坝 。4 . 1 常规处理方法的回水成果按常规的回水处理方法 ,计算的回水成果见表 1 。表 1 按常规处理方法计算的水库回水成果编 号坝 址流 量/ ( m3s - 1)建 库前 后c. s 22c. s 45里 程022 . 2545 . 95天然线建库线40 . 0140 . 1441 . 9742 . 0444 . 1244 . 1611 400建库线外包线40 . 5040 . 5041 . 2742 . 0442 . 4344 . 166 980单位 : 里程 k

9、m ,水位 m4 . 2 结合低水头电站特点的回水成果 结合低水头电站特点的回水计算成果见表 2 和图 1 。图 1某水电工程水库回水曲线表 2某水电工程水库回水成果编 号坝 址c. s 22c. s 45c. s 68c. s 81上级尾水c. s 102流 量( m3/ s)建 库前 后里 程022 . 2545 . 9570 . 6372 . 8092 . 30101 . 1天然线建库线40 . 0141 . 9744 . 1246 . 4947 . 7048 . 8349 . 9811 40040 . 1442 . 0444 . 1646 . 5147 . 7148 . 8349 .

10、98天然线建库线37 . 1039 . 1341 . 1743 . 5544 . 8246 . 0047 . 186 98040 . 5041 . 2742 . 4344 . 1545 . 1946 . 2347 . 23天然线建库线35 . 5937 . 6539 . 6141 . 9943 . 3144 . 5145 . 605 00040 . 5040 . 9241 . 6442 . 9443 . 8644 . 8445 . 74天然线建库线33 . 1740 . 5035 . 3440 . 6137 . 1140 . 8239 . 5441 . 3440 . 9941 . 9142 .

11、 2342 . 6743 . 3843 . 682 4304 . 3 两种处理方法回水成果比较按常规处理方法计算的回水成果 ,如 2 年一遇回水坝前不尖 灭 ,上述取外包线的方法是可以的 ,但是 ,如能做到 2 年一遇回水 在坝前尖灭 ,则上述外包线的回水位明显偏高 。此方法最大的缺 点是回水在坝前附近过早尖灭 ,而库区中 、尾部的常年淹没未计入 。结合低水头电站特点的回水成果 ,如图 1 ,该工程 2 年一遇 回水位在坝前尖灭 ,因此 ,abc 线为正常蓄水位与停机流量及以 下的各级流量的外包线 ,bc 段为发电停机流量以下各级流量回 水终点的连线 (外包线) ,由于 bc 段所引取的淹没

12、,且又是正常 发电运行时所造成 ,需做为淹没补偿考虑计入投资中 。需要说明的是 ,上述实例在 92 . 3 km 处有一闸坝 ,正常蓄水 位与停机流量的回水在此没有尖灭而被截断 ,因此 ,实际的淹没范围只有正常蓄水位与停机流量的回水线 , 但此处为了说明问题 ,回水计算按没有闸坝的处理 。5 结束语对于低水头电站水库回水 ,按常规方法处理 ,库区坝前段的 淹没范围有可能扩大 ,而库尾的常年淹没又有可能包不进来 。在 此所提到的结合低水头电站水库特点的回水处理方法 , 认为某 频率洪水水库回水能在坝前尖灭 , 则影响水库淹没范围的除正常蓄水位与停机流量的回水线外 , 还应与停机流量以下的各级流量回水线取外包线 , 作为淹没补偿线 。至于最小流量取到多 少 ,视库区淹没对象的分布情况 、重要程度而定 。结合低水头电站水库特点的回水处理方法为类似电站的回 水分析处理提供了一种可行的方法 ,具有重要的现实意义 ,并建 议对水电工程水库淹没处理规划设计规范(dl / t5064 - 1996) 的部分条文进行修改 ,并增加低坝回水处理和计算的内容 ,以便 有章可循