(1.南京市水利建筑工程檢測(cè)中心有限公司，江蘇 南京 210036；2. 江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210017)

“以煤為主，發(fā)電居多”是江蘇省能源消費(fèi)的鮮明特征。最新數(shù)據(jù)顯示，在全省能源消費(fèi)總量中，煤炭占67%，其中六成用于發(fā)電，電力行業(yè)也因此成為大氣污染防治的重點(diǎn)領(lǐng)域。太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有充分的清潔性、絕對(duì)的安全性、相對(duì)的廣泛性和潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)[1]，能較好地解決大氣污染等問題。依據(jù)江蘇省興化市魚塘較多優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)中節(jié)能一期5MWp漁光互補(bǔ)光伏并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱項(xiàng)目)，不占用農(nóng)田，不影響魚塘養(yǎng)魚。由于項(xiàng)目區(qū)位于東潭湖泊I115圩區(qū)內(nèi)，為符合《江蘇省防洪法》和《江蘇省湖泊保護(hù)條例》等相關(guān)法律法規(guī)的要求，保證項(xiàng)目自身及區(qū)域防洪安全。本文根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的基本情況、所在河道和湖泊的防洪任務(wù)和要求，對(duì)項(xiàng)目建成后帶來的湖泊防洪影響進(jìn)行分析，通過數(shù)學(xué)模型和經(jīng)驗(yàn)公式等技術(shù)手段對(duì)防洪設(shè)計(jì)安全進(jìn)行計(jì)算[2-3]，以期為相關(guān)工程實(shí)踐提供指導(dǎo)。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目周邊水文情況

中節(jié)能一期5MWp漁光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目位于江蘇省興化市西郊鎮(zhèn)蕩朱村附近，江蘇省省管湖泊里下河腹部地區(qū)湖泊湖蕩之一的東潭第一批滯澇區(qū)內(nèi)。東潭湖泊蓄水面積為8.778 km2，進(jìn)出湖河道有2條，分別是橫涇河和袁冷河，正常蓄水位1.00m(廢黃河高程，下同)，庫(kù)容為0.0176億m3。正常年份的水位，蕩內(nèi)蓄水較少，多為裸露的蕩地。洪水期，蕩內(nèi)水位較高，可以滯蓄部分雨水，減輕河道的行洪壓力，但調(diào)節(jié)利用水量較少，枯水期自然流失。歷史最高洪水位3.34m，相應(yīng)庫(kù)容為0.223億m3。

興化特征水位：根據(jù)《里下河湖泊湖蕩(興化市域)退圩還湖專項(xiàng)規(guī)劃》( “蘇政復(fù)〔2015〕75號(hào)”文件)，以興化水位2.50m作為河網(wǎng)排澇設(shè)計(jì)水位，設(shè)計(jì)洪水位分別為興化3.10m，校核洪水位為歷史最高水位3.35m。

里下河湖蕩滯澇和滯洪圩分批啟用的標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)興化水位達(dá)到警戒水位2.00m時(shí)，周邊地區(qū)澇水不能排入里下河地區(qū)，滯蓄控制范圍的216km2湖泊湖蕩及時(shí)調(diào)蓄；當(dāng)興化水位達(dá)到2.50m時(shí)，第一批滯洪圩開放滯蓄；當(dāng)興化水位達(dá)到3.00m時(shí)，第二批滯洪圩開放滯蓄；當(dāng)興化水位超過3.00m時(shí)，并有繼續(xù)上漲趨勢(shì)時(shí)，第三批滯洪圩開放滯蓄。

1.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1.2.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模、等級(jí)

項(xiàng)目裝機(jī)容量為5MWp,未來裝機(jī)容量要擴(kuò)建至50MWp。項(xiàng)目區(qū)位于東潭湖泊保護(hù)范圍內(nèi)(I115圩區(qū))，總用地面積約0.127km2，其中魚塘面積為0.121km2，占總面積的95.3%；陸地面積約0.616km2，集中在魚塘區(qū)東側(cè)。光伏組件及逆變升壓平臺(tái)分布于魚塘區(qū)內(nèi)，10kV開關(guān)站和SVG室分布于魚塘東側(cè)的陸地上，見圖1。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)主要建筑物及結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)。

圖1 項(xiàng)目漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)和東邊陸地

1.2.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容

項(xiàng)目為5MWp并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)方案，將系統(tǒng)分成5個(gè)1MWp子方陣，子方陣采用集中式逆變器，每500kWp光伏組件、匯流設(shè)備與1臺(tái)500kW逆變器構(gòu)成1個(gè)光伏發(fā)電單元，每個(gè)光伏發(fā)電單元經(jīng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為低壓交流電，兩個(gè)光伏發(fā)電單元經(jīng)1臺(tái)1000kVA雙分裂繞組升壓箱式變電站將交流電升壓至10kV。

光伏組件選用310Wp多晶硅雙玻電池組件，利用魚塘建設(shè)光伏電站，共計(jì)安裝16400塊組件。光伏組件的支架采用固定式安裝，組件支架傾角為25°。每個(gè)光伏支架單元由20塊1968mm×992mm多晶硅組件組成，光伏組件采用2行20列豎向布置，組件前后排陣列凈間距為4.5m。支架基礎(chǔ)擬采用3280根Φ300mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PC300-70樁)，光伏電池組件底沿最低高程為3.85m。

3座逆變升壓設(shè)備平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)尺寸為11m×6m，每個(gè)平臺(tái)有6根Φ300mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PC300-70樁)支撐，樁長(zhǎng)12m，平臺(tái)標(biāo)高為4.2m。

1個(gè)10kV開關(guān)站，長(zhǎng)20.9m、寬16.1m，總建筑面積為336.49m2，承臺(tái)上澆筑500mm×500mm的鋼筋混凝土方柱16根，開關(guān)站平臺(tái)標(biāo)高為4.8m。

1個(gè)集裝箱式SVG室，支撐平臺(tái)采用6根Φ300mm預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制管樁(PC300-70樁)，樁長(zhǎng)8m，標(biāo)高為4.2m。

2 項(xiàng)目防洪影響綜合分析

2.1 項(xiàng)目防洪安全分析

對(duì)1952—2011年興化站不同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)水位，進(jìn)行皮爾遜Ⅲ型頻率計(jì)算[4]，見圖2。

圖2 興化站年最高水位PⅢ型頻率曲線

由圖2可知，興化站50年一遇最高水位為3.25m。興化里下河歷史最高洪水位為3.35m，重現(xiàn)期為67年，為保證項(xiàng)目自身的安全，依據(jù)光伏電站設(shè)計(jì)規(guī)范，該項(xiàng)目安全校核洪水位采用興化歷史最高洪水位加0.5m安全超高[5]，即3.85m。

項(xiàng)目中光伏電池組件底沿最低高程為3.85m，3個(gè)設(shè)備(逆變升壓)平臺(tái)標(biāo)高為 4.2m，1個(gè)集裝箱式SVG室設(shè)備平臺(tái)標(biāo)高為 4.2m，1個(gè)開關(guān)站平臺(tái)標(biāo)高為 4.8m，均滿足不低于安全校核洪水位(3.85m)的要求。

2.2 項(xiàng)目占用湖泊水域面積和防洪庫(kù)容影響分析

東潭湖泊保護(hù)面積為8.778km2，I115圩區(qū)面積約1.213km2，本次項(xiàng)目實(shí)際占用滯蓄面積為237.4m2，占I115圩區(qū)的萬分之二，占東潭的萬分之零點(diǎn)三。東潭湖泊有效滯蓄庫(kù)容近1843.4萬m3，I115圩區(qū)有效滯蓄庫(kù)容近254.7萬m3，該項(xiàng)目有效滯蓄庫(kù)容(1770.7m3)占I115圩區(qū)有效滯蓄庫(kù)容的萬分之七，占東潭湖泊有效滯蓄庫(kù)容的萬分之一，因此，項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)東潭湖泊水域面積和滯蓄庫(kù)容影響微乎其微，由于項(xiàng)目采用“占補(bǔ)平衡”的措施，利用項(xiàng)目區(qū)西側(cè)魚塘進(jìn)行相應(yīng)的水域面積和庫(kù)容補(bǔ)償，不會(huì)對(duì)東潭湖防洪產(chǎn)生影響。

2.3 項(xiàng)目對(duì)行水通道影響分析

項(xiàng)目位于東潭湖保護(hù)范圍I115圩區(qū)內(nèi)，位于一級(jí)行水通道下官河的西側(cè)，二級(jí)行水通道李中河的東側(cè)、橫涇河的北側(cè)。項(xiàng)目實(shí)施區(qū)域與該三條河都并不直接相通，未占用行水通道，故對(duì)行水無影響。

2.4 項(xiàng)目對(duì)湖泊水環(huán)境影響分析

光伏發(fā)電是一種清潔的能源，既不直接消耗資源，基本不釋放污染物，也不產(chǎn)生溫室氣體破壞大氣環(huán)境，其當(dāng)前考慮的污染主要為光污染、固體廢棄物污染等。

項(xiàng)目位于東潭湖內(nèi)，位置較偏，周邊基本沒有大型集中居民區(qū)，故光污染對(duì)周圍影響較小；由專業(yè)人員負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)維護(hù)，具備較好的專業(yè)技術(shù)水平，拆除的組件由廠家回收，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；基本未改變I115圩區(qū)的魚塘狀況；故該項(xiàng)目對(duì)湖泊水環(huán)境基本無影響。

2.5 項(xiàng)目對(duì)第三人合法水事權(quán)益影響分析

a.項(xiàng)目距離周邊航道較遠(yuǎn)，且與航道不連通，對(duì)航道無影響。

b.場(chǎng)址區(qū)域內(nèi)無飲用水取水口。

c.項(xiàng)目為漁光互補(bǔ)項(xiàng)目，在魚塘內(nèi)設(shè)置了光伏支架，但是未改變魚塘養(yǎng)魚的現(xiàn)狀。光伏組件板會(huì)擋住陽(yáng)光，故魚塘的養(yǎng)魚種類將發(fā)生變化，項(xiàng)目建成后主要養(yǎng)一些喜陰、經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的魚類，如：虎頭鯊、大塘虱魚等，養(yǎng)殖效益較之前提高，故對(duì)魚塘養(yǎng)殖未產(chǎn)生影響。

2.6 設(shè)計(jì)水文條件對(duì)項(xiàng)目安全影響分析

利用Mike21建立概化的二維水動(dòng)力數(shù)值水槽模型，并采用樁群水流阻力概化技術(shù)，計(jì)算電站基礎(chǔ)樁的樁前局部壅水高度。考慮到電站樁群的工程區(qū)域集中在400m×300m的區(qū)域內(nèi)(見圖3)，數(shù)值水槽尺寸選擇：長(zhǎng)度10000m，寬度2000m。其中，槽寬小于東潭縱寬，是考慮到水槽邊壁可能帶來的水流擠壓作用，使計(jì)算結(jié)果高于天然條件下的樁前局部壅水高度，以獲得一個(gè)偏于安全的計(jì)算值[6]。數(shù)值水槽采用三角形無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格：網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)3826個(gè)，網(wǎng)格單元數(shù)7343個(gè)(見圖4)，糙率概化區(qū)糙率采用0.038，風(fēng)速分別取14.9m/s、20.0m/s。

圖3 數(shù)值水槽

圖4 數(shù)值水槽網(wǎng)格劃分

按照“特征水位+組合風(fēng)浪+壅高”的方法，對(duì)電站主要建筑物設(shè)計(jì)防洪高程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析[7]，結(jié)果見下表。

特征水位風(fēng)險(xiǎn)分析表

光伏組件設(shè)計(jì)上允許越浪風(fēng)險(xiǎn)的存在，由表1知，在設(shè)計(jì)水文條件下，該項(xiàng)目是安全的。

3 結(jié)論與建議

a.項(xiàng)目通過采取“占補(bǔ)平衡”“專業(yè)人員負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)維護(hù)和回收”“改變養(yǎng)魚種類”等措施，該項(xiàng)目建成后不會(huì)對(duì)區(qū)域防洪、湖泊水環(huán)境、第三人合法水事權(quán)益產(chǎn)生不利影響。

b. Mike21二維水動(dòng)力數(shù)值模型和皮爾遜Ⅲ型頻率計(jì)算結(jié)果表明，設(shè)計(jì)水文條件下，該項(xiàng)目高程滿足光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范防洪設(shè)計(jì)要求，洪澇不會(huì)對(duì)該項(xiàng)目自身安全產(chǎn)生影響。

c.東潭湖作為江蘇省管湖泊里下河腹部地區(qū)湖泊湖蕩之一，其涉水工程應(yīng)經(jīng)由省水行政主管部門確認(rèn)其規(guī)模、型式、有關(guān)高程，且對(duì)湖泊行洪、蓄洪等無不利影響，得到許可后方可建設(shè)。同時(shí)，業(yè)主應(yīng)積極組織全體人員學(xué)習(xí)防汛知識(shí)，提高防汛意識(shí)；成立防汛小組，責(zé)任落實(shí)到人；備好防汛器材、物資，非防汛搶險(xiǎn)不得擅自使用；做好度汛預(yù)案，并以防汛安全為前提，一旦遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水，應(yīng)立即撤出工作人員和不能淹水的電氣設(shè)備。fffff2

[1] 昌金明.國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電的新進(jìn)展[J].中國(guó)建設(shè),2007，(1):28-31.

[2] 方彬,郭生練,柴曉玲,等.FPOT方法在洪水頻率分析中的應(yīng)用研究[J].水力發(fā)電,2005,31(2):9-12.

[3] 戴昌軍,梁忠民,欒成梅,等.洪水頻率分析中PDS模型研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展,2006,17(1):136-140.

[4] 梁忠民,蔣曉蕾,錢名開,等.考慮誤差異分布的洪水概率預(yù)報(bào)方法研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2017,36(4):18-25.

[5] 朱小凱.汛限水位控制的極限風(fēng)險(xiǎn)分析[D].大連:大連理工大學(xué),2002.

[6] 丁志雄,李紀(jì)人,李琳.基于GIS格網(wǎng)模型的洪水淹沒分析方法[J].水利學(xué)報(bào),2004(6):56-60.

[7] 郭軍峰,馮平.流域下墊面變化對(duì)水庫(kù)防洪風(fēng)險(xiǎn)率的影響[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2016,35(3):56-65.