羅 藝，黃雄燕，李 東

(1.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002;2.四川大學(xué)水電學(xué)院，四川 成都 610065)

漣江海里水電站系蒙江梯級(jí)規(guī)劃中漣江河段第二級(jí)，壩址以上集雨面積1950km2，多年平均徑流量12.17×108m3/s，水能資源豐富。海里水電站由2000年建成的海里水電站及1983年竣工的青山河電站組成。青山河電站從建成運(yùn)行至今，已運(yùn)行33a，超過服役年限，且未進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)，大壩、引水渠道滲漏嚴(yán)重，機(jī)組老化、汽蝕嚴(yán)重、故障頻發(fā)，廠房破舊，無法保障安全運(yùn)行，近年沒有發(fā)電，處于待報(bào)廢狀態(tài)。海里水電站從建成運(yùn)行至今，已運(yùn)行16a，機(jī)組老化損耗嚴(yán)重，效率大大降低，近3a年均發(fā)電量8140kW·h，低于設(shè)計(jì)8830kW·h。海里水電站年利用小時(shí)數(shù)為5276h，遠(yuǎn)超出省內(nèi)平均值，年利用小時(shí)數(shù)偏高；現(xiàn)狀水量利用系數(shù)為42.5%，水量利用率是偏低，且引用流量小于多年平均流量，水資源未能得到充分利用。為了為工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和投資提供詳細(xì)決策依據(jù)，確保電站大壩及防洪調(diào)度安全，通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘開展全面水文分析[1]，以獲得適合蒙江流域梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃和電站增效擴(kuò)容改造特性的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果，確保工程高效優(yōu)質(zhì)的規(guī)劃建設(shè)。

1 流域概況

漣江屬蒙江左岸一級(jí)支流，位于貴州中南部。發(fā)源于貴安新區(qū)黨武鄉(xiāng)擺牛，在貴州省羅甸縣雙河口匯入蒙江。流域水資源量14.48×108m3，水力資源理論蘊(yùn)藏量22.8×104kW，技術(shù)可開發(fā)量19.72×104kW，漣江水力資源主要集中在下游河段，下游水力資源量占全流域98%。海里電站壩址集雨面積1950km2，主河道長(zhǎng)110.8km，河床平均比降4.1‰。海里電站廠房廠址以上集水面積1960km2，主河道長(zhǎng)114.6km，主河道坡降4.0‰。

漣江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候，境內(nèi)冬暖夏涼。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%，平均無霜期291.7d，年平均相對(duì)濕度81%，年平均日照時(shí)數(shù)為1298.1h。大風(fēng)日數(shù)3.5d，多年平均風(fēng)速2.1m/s，全年以N風(fēng)居多。全年無霜期267d，最大積雪深度14cm。多年平均風(fēng)速2.1m/s，多年平均最大風(fēng)速11.8m/s，全年靜風(fēng)頻率28%。歷年實(shí)測(cè)最大一日降水量185.8mm，年平均水面蒸發(fā)量1348mm。流域內(nèi)主要災(zāi)害性天氣有春旱、冰雹、夏旱、暴雨、洪澇等。

2 暴雨洪水特性

2.1 暴雨特性

優(yōu)選青巖雨量站、大壩雨量站、惠水氣象站擺金、蘆山、斷杉、代化、邊陽雨量站作為海里電站設(shè)計(jì)暴雨分析計(jì)算的分析站。分析測(cè)站最大一日降雨量統(tǒng)計(jì)參數(shù)[2]，見表1。

表1 測(cè)站最大一日降雨量統(tǒng)計(jì)匯總

由表1可知，利用測(cè)站最大一日降雨量均值[3]，計(jì)算得其多年平均最大一日降雨量算術(shù)平均值為92.4mm，H24=1.12×H日=103.4；結(jié)合“貴州省年最大24h暴雨均值等值線圖”，海里電站壩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。計(jì)算成果與暴雨的地區(qū)規(guī)律相符，結(jié)合測(cè)站適線成果以及相關(guān)等值線，設(shè)計(jì)流域最大24h暴雨量為100mm，變差系數(shù)Cv=0.4，Cs/Cv=3.5。

2.2 洪水特性

漣江流域洪水為雨源型洪水，汛期每年5月開始，10月底結(jié)束。年最大洪水多發(fā)生在6～7月，約占?xì)v年實(shí)測(cè)最大洪水的68%左右。洪峰持續(xù)時(shí)間3～5h，漲洪歷時(shí)一般15h左右，洪水總歷時(shí)3～5d。1965年至今50a間，1999年洪水最大，洪水水位為882.35m，廠房尾水洪痕高程為813.56m，壩址處洪峰流量為2160m3/s，廠房處洪峰流量為2180m3/s。

3 設(shè)計(jì)洪水分析

3.1 參證站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

海里電站壩址集雨面積1950km2，廠房以上集雨面積1960km2，集雨面積大于1000km2，不滿足《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》中計(jì)算公式的適用條件，不宜采用雨洪法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水[4]。因此，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算以惠水水文站為參證站，采用水文比擬法[5]將惠水水文站洪峰流量比擬到海里電站壩址和廠房斷面，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果見表2、3。

3.2 設(shè)計(jì)洪水過程線

對(duì)惠水水文站1960、1970、1980、1999年等實(shí)測(cè)洪水過程進(jìn)行分析，最終選擇峰高量大的1970年洪水為典型洪水過程線，并以此為依據(jù)，按峰控制同倍比法放大[6]，確定海里電站不同頻率設(shè)計(jì)洪水過程線，如圖1所示。

3.3 設(shè)計(jì)洪水成果合理性分析

現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查到壩址1999年洪水，其流量為2180m3/s，其重現(xiàn)期為50a一遇。壩址設(shè)計(jì)50a一遇洪峰流量為2130m3/s，兩者僅相差2.34%，設(shè)計(jì)洪水與歷史洪水成果基本吻合[7]。設(shè)計(jì)洪水成果相比原《貴州海里水電站初步設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)成果偏小6.83%～10.6%。原設(shè)計(jì)成果資料年限僅到1992年，其統(tǒng)計(jì)多年平均洪峰流量為577m3/s，Cv=0.52；改造工程分析計(jì)算加入了1993～2014年的洪峰資料，統(tǒng)計(jì)多年平均洪峰流量為543m3/s，Cv=0.51；改造工程多年平均洪峰流量均值相比原初設(shè)成果偏小6.3%。據(jù)惠水水文站資料顯示，2000年之后再無發(fā)生過較大洪水，且年洪峰流量相較2000年之前洪水小。因此，設(shè)計(jì)洪峰流量相較原設(shè)計(jì)成果偏小。

從區(qū)域綜合分析角度看，改造工程設(shè)計(jì)洪水P=0.05%～20%洪峰模數(shù)為22.7～7.3m3/(s·km2)(流域面積按1950km2計(jì)算，洪峰面積影響指數(shù)n

表2 海里電站壩址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果 洪峰：m3/s 洪量：108m3

表3 海里電站廠房設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果 洪峰:m3/s 洪量：108m3

圖1 海里電站壩址不同頻率洪水過程線

參照雨洪計(jì)算公式取0.67[8])，P=1%洪水洪峰模數(shù)為15.1m3/(s·km2)，與區(qū)域洪峰模數(shù)接近，符合貴州省中小流域洪峰流量模數(shù)分布規(guī)律。由于惠水水文站與海里水電站同屬漣江流域，因此采用惠水水文站實(shí)測(cè)洪水計(jì)算海里電站壩址洪水是合適的，成果也是基本合理的。

4 分期設(shè)計(jì)洪水分析

根據(jù)設(shè)計(jì)流域暴雨、洪水特性和施工期安排，考慮11～3、12～3、11～4、12～4月等分期進(jìn)行比較[9]。分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，綜合以往的分析成果，并考慮到分期洪水量級(jí)較小，受巖溶及伏流的影響相對(duì)較小，從流域面積、產(chǎn)匯流特性上看[10]，選用惠水站作參證站較為合理。從惠水水文站歷年實(shí)測(cè)流量資料中，根據(jù)跨期選樣、本期使用的原則(跨期為10d)，組成1959～2014年資料系列，進(jìn)行頻率分析計(jì)算，確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)，按面積比指數(shù)n=0.67。采用水文比擬法移到壩址，得到水電站施工洪水，成果見表4。

表4 壩址(廠房)分期設(shè)計(jì)洪水成果

從表4可知，壩址(廠房)分期設(shè)計(jì)洪水成果符合長(zhǎng)包短的變化規(guī)律，與漣江流域分期洪水實(shí)際特性匹配性好，成果合理，滿足工程安全規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

海里水電站增效擴(kuò)容改造工程是合理利用漣江梯級(jí)水能資源、挖掘電站擴(kuò)容潛力和促進(jìn)惠水縣農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的再創(chuàng)造過程。通過對(duì)漣江流域暴雨洪水特性規(guī)律的推演計(jì)算，結(jié)合水文比擬法計(jì)算分析獲得了電站壩址和廠房的設(shè)計(jì)洪水成果，為工程科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和興利調(diào)度提供了詳細(xì)數(shù)據(jù)依據(jù)。