水電站大壩最小下泄流量的分析

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1前言

　　在小水電開發(fā)建設(shè)過程中，過去考慮較多的是對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和發(fā)電效益，而對(duì)保護(hù)生態(tài)水環(huán)境考慮的較少，如不考慮電站大壩最小下泄流量而引起下游河段水環(huán)境惡化等問題，已越來(lái)越引起社會(huì)各界的關(guān)注。特別是引水式電站，由于其大壩與廠房之間往往會(huì)形成一定的脫水段，脫水段的形成必然會(huì)給下游生態(tài)環(huán)境造成一定的影響。如何確定大壩下泄最小流量，才能滿足下游生態(tài)環(huán)境需水量的要求呢，國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者提出了各種生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法，如濕周法、河道內(nèi)流量增加法、“R2CROSS法”、最枯月平均流量法等等，但是在我國(guó)目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合《福建省將樂縣鄧坊一級(jí)電站》實(shí)例，用代表年法和長(zhǎng)系列法，對(duì)大壩下泄最小流量的確定進(jìn)行了分析和初步探討。

　　2工程概況

　　鄧坊一級(jí)電站位于福建省將樂縣高塘鎮(zhèn)鄧坊村境內(nèi)的鄧坊溪河畔，為一引水式電站。壩址以上集雨面積10.5k㎡，流域內(nèi)多年平均降雨量1724.4mm，壩址斷面多年平均徑流量959.6萬(wàn)m³，多年平均流量0.304m³/s。工程擬建攔河壩高4.6m，至壓力前池間輸水系統(tǒng)長(zhǎng)2.6km，其中隧洞長(zhǎng)1.7km，明渠長(zhǎng)0.9km。電站設(shè)計(jì)水頭183.9m，設(shè)計(jì)發(fā)電流量0.46m³/s，裝機(jī)2×320kw。

　　鄧坊溪屬金溪水系，發(fā)源于福建省將樂縣萬(wàn)安鎮(zhèn)的孔坪自然村，流經(jīng)鄧坊、陳坊、蛇尾、下蘆，于堯坑注入金溪干流。流域面積46k㎡，河道天然落差1060m，其中可利用落差680m。流域內(nèi)林深坡陡，地表植被較好。

　　3徑流分析

　　鄧坊溪流域內(nèi)無(wú)實(shí)測(cè)水文資料，流域降雨量采用鄰近周邊氣候、下墊面條件基本一致的高灘、萬(wàn)安兩個(gè)雨量站實(shí)測(cè)資料分析計(jì)算。高灘雨量站有1956--1995年實(shí)測(cè)降雨資料，萬(wàn)安站有1956--1958年、1961--2002年實(shí)測(cè)降雨資料。建立高灘、萬(wàn)安兩站降雨相關(guān)關(guān)系，分別插補(bǔ)兩站缺測(cè)年份的降雨量，并以高灘、萬(wàn)安同期年降雨的算術(shù)平均值組成鄧坊溪流域1956--2002年降雨資料系列。經(jīng)頻率分析適線，求得設(shè)計(jì)流域年降雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)：

　　Xo=1724.4mm，Cv=0.19，Cs=2Cv流域內(nèi)無(wú)實(shí)測(cè)徑流資料，設(shè)計(jì)年徑流采用徑流系數(shù)推求。為分析比較，采用以下幾種方法推求設(shè)計(jì)年徑流系數(shù)：

　?。?）金溪上游建寧站實(shí)測(cè)多年平均徑流系數(shù)，α=0.56；

　?。?）富屯溪支流仁壽河的河墩站實(shí)測(cè)多年平均徑流系數(shù)，α=0.53；

　　（3）福建省最新水文圖集法分析，α=0.52；

　?。?）根據(jù)本流域年陸地蒸發(fā)量為770mm，按照水量平衡方程式，分析多年平均徑流系數(shù)，α=0.555。

　　綜上分析，確定電站壩址流域多年平均年徑流系數(shù)采用α=0.53。則鄧坊溪一級(jí)電站壩址流域多年平均徑流深Ro=1724.4×0.53=913.9mm，徑流變差系數(shù)按下式經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

　　Cvy=Cvx/（αn＋0.06LgF）

　　上式中：Cvy--徑流變差系數(shù)；

　　Cvx--年降水變差系數(shù)；

　　α--多年平均徑流系數(shù)；

　　n--指數(shù)，三明市采用1.0-1.2；

　　F--設(shè)計(jì)流域面積（k㎡）。

　　從而求得鄧坊一級(jí)電站壩址年徑流參數(shù)：

　　R=913.9mm，Cv=0.32，Cs=2Cv

　　4枯水徑流分析

　　4.1代表年法

　　根據(jù)設(shè)計(jì)流域P=90%枯水年的年徑流值，選擇建寧水文站年徑流特征相近的1971年實(shí)測(cè)逐日平均流量，作為枯水典型年的年內(nèi)分配過程，并按同倍比縮放到設(shè)計(jì)站，即得鄧坊一級(jí)電站壩址P=90%枯水年逐日平均流量。從而求得壩址枯水年最小月平均流量為0.073m³/s；最小日平均流量為0.055m³/s。

　　4.2長(zhǎng)系列法

　　以建寧水文站實(shí)測(cè)資料系列，分別以年最小月平均流量、年最小日平均流量選樣，經(jīng)頻率分析求得鄧坊一級(jí)電站壩址多年平均最小月流量為0.071m³/s，P=90%最小月平均流量為0.046m³/s；P=90%最小日平均流量為0.026m³/s。

　　4.3代表年法和長(zhǎng)系列法成果分析代

　　表年法、長(zhǎng)系列法分析的枯水徑流比較如表1：

　　表1 不同方法分析的枯水徑流成果比較表

　　流量計(jì)算方法枯水平均流量

　　最小月平均流量

　　最小日平均流量

　　代表年法 0.073 0.055

　　長(zhǎng)系列法 0.071 0.026

　　相差值（%）2.84 7.3

　　從上表可以看出，用代表年法計(jì)算的最小月平均流量與長(zhǎng)系列法計(jì)算成果相比，兩者相差不大。但兩種方法計(jì)算的最小日平均流量相差近50%。由此我們可以說(shuō)明：

　?。?）長(zhǎng)系列法是通過幾十年的實(shí)測(cè)資料系列求得的流量值，更接近天然狀態(tài)下的枯水流量，但一般情況下，要取得長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)資料很難；

　?。?）在沒有長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)資料的情況下，用代表年法計(jì)算的最小月平均流量能滿足設(shè)計(jì)精度要求；

　?。?）采用代表年法分析的流量可以滿足生態(tài)用水量的要求。

　　5結(jié)論
　　為了滿足大壩下游河道水生態(tài)環(huán)境最小用水量要求，保持電站大壩下泄的最小流量是非常必要的，尤其是引水式電站工程，其大壩至發(fā)電廠房河段，將形成不同程度的脫水段，最小下泄流量值的確定顯得尤為重要。在目前對(duì)攔河壩必須放的最小流量的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)尚未明確前，我們認(rèn)為用代表年法，采用P=90%枯水年的最小月平均流量可以滿足下游生態(tài)需水量的要求。