渾江梯級水電站設(shè)計分析論文
1流域及工程概況
1.1流域概況渾江是鴨綠江右側(cè)的一大支流，發(fā)源于龍崗山東南山麓，自東北流向西南，流經(jīng)吉林省白山市、通化市、遼寧省桓仁縣、寬甸縣，于遼寧省桓仁縣沙尖子鄉(xiāng)下游約50km處注入鴨綠江。渾江全長435km，流域面積15414km2，為山區(qū)性河流，沿程匯入的較大支流有十余條，桓仁水庫以下較大支流集中在右岸，桓仁水庫至回龍山水庫區(qū)間有大二河、大雅河；回龍山水庫至太平哨水庫壩址間有小雅河；太平哨水庫壩址以下有半拉江、漏河匯入。渾江蜿蜒曲折，河道多急灘哨口，坡度大，桓仁以上平均比降為0.0943%，全河平均比降為0.0630%。1.2工程概況渾江中下游于上世紀(jì)60年代至80年代初陸續(xù)建成了桓仁、回龍山、太平哨3座梯級水電站，各水電站以水能開發(fā)利用為主，其中桓仁水庫同時承擔(dān)有下游防洪任務(wù)，對渾江下游洪水特性有一定的影響。1）桓仁水電站。桓仁水電站是渾江梯級電站的龍頭，位于遼寧省桓仁滿族自治縣桓仁鎮(zhèn)上游約4km處。壩址控制流域面積10364km2，占渾江流域總面積的67.2％。電站于1958年施工，1972年7月竣工，主要任務(wù)是發(fā)電，同時承擔(dān)有下游桓仁縣的防洪任務(wù)。桓仁水庫是渾江干流僅有的一座年調(diào)節(jié)水庫，總庫容34.6×108m3，調(diào)節(jié)庫容8.2×108m3，調(diào)洪庫容12.6×108m3。2）回龍山水電站。回龍山水電站壩址距上游桓仁壩址44km，控制流域面積12433km2。電站于1969年開工，1977年竣工。回龍山水庫為日調(diào)節(jié)水庫，總庫容1.23×108m3，調(diào)節(jié)庫容0.18×108m3。3）太平哨水電站。太平哨水電站位于遼寧省寬甸縣太平哨鄉(xiāng)葫蘆頭村，壩址控制流域面積12961km2，距上游回龍山壩址36.5km。電站于1976年開始施工，1982年1月竣工。太平哨水庫為日調(diào)節(jié)水庫，總庫容1.82×108m3，調(diào)節(jié)庫容0.19×108m3。
2暴雨洪水特性
2.1暴雨特性受水汽來源、氣團(tuán)活動和地形條件的制約，渾江流域暴雨走向多為南北向和西南東北向，雨量分布長軸與流域長軸平行。由于流域面積不大，上、下游暴雨起迄時間幾乎相同，整個流域能同時落在雨區(qū)之中。形成渾江流域暴雨的天氣系統(tǒng)有臺風(fēng)、氣旋、副熱帶高壓邊緣的幅合擾動和高空槽等，特大暴雨多由兩種以上天氣過程遭遇所造成，暴雨中心主要集中在下游右側(cè)半拉江的上游、中游左側(cè)的東明、橫路和上游通化一帶。渾江流域內(nèi)暴雨多發(fā)生在6月至9月間，大暴雨集中在7，8月份。一次暴雨一般歷時3d左右，其中強(qiáng)度最大的暴雨量又集中在一天內(nèi)，最大一日暴雨占一次暴雨的50%以上。多年平均3d暴雨超過120mm。1960年桓仁以上三天面雨量達(dá)178.7mm，1958年渾江下游右側(cè)支流半拉江上大柞樹溝站3天雨量達(dá)415.9mm。2.2洪水特性渾江流域洪水由暴雨造成，洪水與暴雨相應(yīng)，發(fā)生在6月至9月，全年最大洪水多發(fā)生在7月至8月，尤以8月最多。渾江屬山區(qū)性河流，土壤被覆薄、地形起伏大，河道坡降陡，河槽調(diào)蓄作用小，故急驟強(qiáng)烈的暴雨形成陡漲陡落的洪水。由于一次天氣過程造成的暴雨歷時較短，而且主要集中在1d時間內(nèi)，致使較大洪水多呈單峰型。一次洪水歷時7d左右，漲洪歷時較短，從起漲到峰頂一般1d左右，洪峰滯時約為6h，退水歷時較長，一般6左右。一次洪水總量多數(shù)集中于3d時間內(nèi)。下游沙尖子水文站3d洪量占7d洪量的63%以上，1960年特大洪水3d洪量占7d洪量的80%，可見洪量非常集中。
3設(shè)計依據(jù)站及洪水系列采用
桓仁、回龍山、太平哨水電站壩址洪水設(shè)計的依據(jù)站為桓仁水文站和回龍山水文站，因此，這次重點(diǎn)對桓仁、回龍山水文站設(shè)計洪水進(jìn)行復(fù)核。桓仁、回龍山水文站的水文測驗(yàn)工作始于1936年，在1942—1945年期間陸續(xù)停測，解放后五十年代初又恢復(fù)觀測，各水文站1971年以前的`資料系列在太平哨初設(shè)時已進(jìn)行了還原和插補(bǔ)，這次主要對1972—2012年洪水資料系列進(jìn)行了還原。其中，桓仁站已受桓仁水庫調(diào)蓄影響，通過桓仁入庫流量過程采用馬斯京根法演進(jìn)至桓仁站，還原成桓仁站天然洪水過程；回龍山站由桓仁站天然洪水過程演進(jìn)到回龍山站，與桓仁～回龍山區(qū)間洪水過程相加求得，桓仁～回龍山區(qū)間洪水過程由回龍山入庫洪水過程減桓仁水庫出庫洪水過程推求。通過這次還原計算，將桓仁、回龍山水文站洪峰、洪量系列延長到2012年,洪水系列為1936—2012年計77年。4歷史洪水及重現(xiàn)期的確定桓仁、回龍山水文站站的歷史洪水在渾江各梯級電站設(shè)計時做過多次調(diào)查和分析，各站歷史洪水洪峰流量成果見表1．歷史洪水的定位根據(jù)流域洪水調(diào)查情況及實(shí)測資料綜合分析確定：將1888年洪水作為1755年以來第1位，重現(xiàn)期為258年；將1960，1935，1923三年洪水的重現(xiàn)期作為1888年以來的第2，3，4位。
5設(shè)計洪水計算
5.1洪水參數(shù)計算桓仁、回龍山站洪峰流量采用1936—2012年計77年系列，并計入1888，1810，1960，1935年和1923年歷史洪水組成不連序系列計算；設(shè)計洪量采用1936—2012年計77年連序系列計算。經(jīng)驗(yàn)頻率采用數(shù)學(xué)期望公式計算，線型采用P-Ⅲ型曲線，參數(shù)用矩法初估并進(jìn)行均值、Cv優(yōu)選，Cs/Cv按地區(qū)規(guī)律取2.5，最后根據(jù)適線及上、下游參數(shù)平衡分析確定采用的Cv值。桓仁、回龍山壩址與桓仁、回龍山水文站的集水面積相差很小，桓仁壩址、回龍山壩址洪水直接采用桓仁站、回龍山站洪水。太平哨壩址洪峰、洪量參數(shù)用回龍山水文站參數(shù)按面積比轉(zhuǎn)換，其中洪峰用面積比的2/3次方、洪量用一次方。5.2成果合理性分析將桓仁、回龍山、太平哨壩址設(shè)計洪水成果及流域上下游各水文站設(shè)計洪水成果點(diǎn)繪在地區(qū)綜合圖上進(jìn)行分析，洪峰、洪量均值隨集水面積的增大而增大，Cv值隨集水面積的增大而減小，各設(shè)計成果在地區(qū)分布上是合理的。另外，通過將桓仁、回龍山站的設(shè)計洪水成果點(diǎn)繪在實(shí)測峰量關(guān)系圖上進(jìn)行分析，設(shè)計峰量值與實(shí)測點(diǎn)據(jù)的分布趨勢較為協(xié)調(diào)。因此，本次計算的設(shè)計洪水參數(shù)是合理的。5.3成果對比分析將這次計算的桓仁、回龍山、太平哨水電站壩址設(shè)計洪水成果與1972年太平哨初設(shè)審定成果比較，均值減小，Cv值增大，各頻率設(shè)計洪水成果均有所減小。其中洪峰流量設(shè)計成果減小幅度在0%～8%之間，3d洪量成果減小幅度在4%～10%之間，分析其原因，主要為1971年以后渾江流域雖然發(fā)生了1986，1995，2010年等大水，但其量級相對于1888，1960年等歷史洪水還有一定差距，對前4位大洪水的排位無影響，而洪水系列的延長導(dǎo)致大洪水重現(xiàn)期增加，致使頻率曲線中的大洪水點(diǎn)距左移，且本次延長系列中大多數(shù)年份洪水量級不大，導(dǎo)致均值減小，從而使本次洪峰、洪量設(shè)計值較太平哨初設(shè)成果整體減小。
6結(jié)語
通過對桓仁、回龍山、太平哨水電站壩址設(shè)計洪水進(jìn)行復(fù)核分析，各壩址設(shè)計洪峰、洪量成果較審定成果有一定程度的減小，因此，從工程安全角度分析，太平哨初設(shè)審定的洪水成果仍然是安全的。考慮各水電站工程均已建成，為保持工程設(shè)計洪水成果相對穩(wěn)定、且從工程安全考慮，桓仁、回龍山、太平哨壩址洪水仍可沿用既往審定成果。
［參考文獻(xiàn)］
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