水電站大壩最小下泄流量的分析
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區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和發(fā)電效益,而對保護(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,已越來越引起社會各界的關(guān)注。特別是引水式電站,由于其大壩與廠房之間往往會形成一定的脫水段,脫水段的形成必然會給下游生態(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,但是在我國目前還沒有一個統(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電站》實(shí)例,用代表年法和長系列法,對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2.6km,其中隧洞長1.7km,明渠長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)無實(shí)測水文資料,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、萬安兩個雨量站實(shí)測資料分析計(jì)算。高灘雨量站有1956--1995年實(shí)測降雨資料,萬安站有1956--1958年、1961--2002年實(shí)測降雨資料。建立高灘、萬安兩站降雨相關(guān)關(guān)系,分別插補(bǔ)兩站缺測年份的降雨量,并以高灘、萬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)無實(shí)測徑流資料,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):
。1)金溪上游建寧站實(shí)測多年平均徑流系數(shù),α=0.56;
(2)富屯溪支流仁壽河的河墩站實(shí)測多年平均徑流系數(shù),α=0.53;
。3)福建省最新水文圖集法分析,α=0.52;
。4)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長系列法
以建寧水文站實(shí)測資料系列,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代表年法和長系列法成果分析代
表年法、長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%。由此我們可以說明:
。1)長系列法是通過幾十年的實(shí)測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,要取得長系列實(shí)測資料很難;
。2)在沒有長系列實(shí)測資料的情況下,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;
(3)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。