湖北碾盤山水電站洪水標準的研究

【摘要】水利水電樞紐工程在擬定洪水標準時，既要按照規程規范，又要充分結合工程實際特點，碾盤山工程在考慮了河道洪水宣泄方式、河道允許最大安全泄量及河道極限最大泄量的情況下，合理選擇洪水標準，將校核洪水標準定為500年一遇，不僅滿足了工程安全需要，而且節省了投資。

【關鍵詞】水電站；洪水標準；研究

一、工程基本情況

碾盤山水電站壩址位于湖北荊門鐘祥市城區上游10km的沿山頭，根據預可行性研究階段的設計成果，推薦樞紐正常蓄水位50.72m（黃海高程），相應庫容8.77億m3，校核洪水位50.81m，相應總庫容8.95億m3，電站裝機容量200MW，多年平均發電量6.41億kW·h。河段航道標準為Ⅲ級，船閘設計標準為1000t級。工程的開發任務為發電、航運，兼顧灌溉與旅游等綜合利用。

工程等別為Ⅱ等工程，電站主要由泄水閘、船閘、電站廠房及魚道等建筑物組成；泄水閘、電站廠房、船閘、魚道等主要建筑物為3級；泄水閘進出口導墻、連接交通橋等次要建筑物為4級，施工圍堰、導流明渠等臨時建筑物為5級。

二、洪水標準比選

（一）洪水標準初擬

根據本工程主要建筑物級別，按規范《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》（DL/5180-2003）6.0.2規定“當平原、濱海區水工建筑物擋水高度高于15m，且上下游最大水頭差大于10m時，其洪水設計標準宜按山區、丘陵區標準確定。”本工程雖然屬鄂中丘陵與漢江平原的過渡帶河槽型水庫，但最大水頭差11.22m，（上游正常蓄水位50.72m，下游最低通航水位39.50m），上游最大擋水高度15.72m（左岸土石壩段建基面高程35m）。按規范要求，碾盤山樞紐洪水設計標準宜按山區、丘陵區標準確定。初擬本工程洪水標準為100年設計、1000年校核。

（二）洪水標準分析

1 壩址處河道泄量

根據調洪成果，碾盤山壩址處1000年一遇洪水洪峰流量為52500m3/s。由于本工程為河槽型水庫，水庫庫岸為漢江干堤，大壩右岸為崗地、左岸為漢江干堤中直堤，并與上游自然崗地連接。千年一遇洪峰壩前匯流35300m3/s，中直堤漫溢17100 m3/s。

2 碾盤山壩址河段的現狀行洪能力

碾盤山壩址河段的洪水由丹江口水庫下泄流量與丹江口-碾盤山區間流量組合確定。

丹江口水庫目前按照補償調節、分期預留防洪庫容及杜家臺分洪工程、中游民垸分洪配合運用的洪水調度方式。

根據河道泄洪能力及洪水調度方式，漢江中下游河段的現狀防洪能力大致是：在長江水位較低時，依靠水庫和堤防工程，可防御5年一遇洪水；依靠水庫、堤防工程和運用杜家臺工程分洪，可防御20年一遇洪水；在水庫、堤防、杜家臺分洪工程及中游民垸分洪等設施的理想調度和運用下，可防御1935年實際洪水（相當于百年一遇）。

碾盤山河段現狀泄量27000-30000m3/s，超過該泄量的洪水已經通過其他通道宣泄至下游，洪水無法全部在壩前匯流。其中漢江中游共設置14個分蓄洪民垸，碾盤山壩址以上共有8個，按照以上調度運用方式，碾盤山壩址處洪水流量達到百年一遇時，以上8處民垸已經扒口泄洪。

碾盤山壩址河段的現狀行洪能力也可以通過碾盤山壩址水位流量關系估算。

碾盤山壩址水位流量關系采用兩種方法進行推算：A水位相關法，根據1974年碾盤山與皇莊站同時比測的實測水位相關圖，將皇莊水文站-流量關系上移至碾盤山，參照1983年壩址上游2.6km的楊灣閘水位擬定至26000m3/s流量級；B按壩址實測斷面及流量成果用曼寧公式計算。上述兩種方法推算的結果較接近，低水采用曼寧公式計算結果，經1992年壩址低水實測水位流量成果驗證基本合理，26000m3/s按水位相關成果，26000m3/s以上用H-A-Q外延，同時參照1935年調查洪水進行修正。

3 碾盤山壩址河段的安全泄量分析

丹江口水庫續建完成后，預留防洪庫容將達到80.1-110億m3，為更好發揮丹江口水庫的防洪作用，其洪調方式仍采取補償調節、分期預留防洪庫容及下游杜家臺分洪工程、中游民垸分洪配合運用的洪水調度方式。即按照“預報預泄、補償調節、分級控泄”的原則進行洪水調度。

丹江口水庫根據碾盤山預報流量進行預泄：夏（秋季），碾盤山預報流量大于等于5000（10000）m3/s時，丹江口水庫開始預泄。分級控泄以碾盤山為控制點，即丹江口水庫泄放流量時，按丹江口以下丹-碾區間（含南河、唐白河）洪水來量大小來確定泄放流量，以達到控制碾盤山河段泄量的目的。

碾盤山河段防洪控制允許泄量為20000-21000m3/s，壩址河段最大允許泄量為30000m3/s，若按水位平現狀堤防頂部高程的河道最大泄量為32000m3/s；若按水位平加固后的中直堤頂部高程的河道最大泄量為33263m3/s。

由以上分析和計算可知，1000年一遇洪水52500m3/s根本無法真正在壩址處形成，除了河道允許的流量外，其余超過部分流量將從壩址上游中直堤及左壩頭至左側崗地間平原地帶組成的行洪通道泄放至壩下游。超過32000m3/s和33263m3/s兩種泄量是在假設水位平中直堤堤頂，且堤防仍是安全的前提下的最大泄量。

因此，從河道安全泄量來看，碾盤山壩址河道的安全泄量不宜超過30000m3/s。

三、投資初步分析

若考慮千年一遇洪水52500m3/s均通過壩址泄洪至下游，需設置42孔泄水閘，并將采取分期導流，工期也將大幅度增加，初步估算，樞紐工程投資將增加6億元。

四、結論

根據碾盤山河道洪水的宣泄方式、河道允許最大安全泄量、河道極限最大泄量的比較，以及投資對比分析，碾盤山工程洪水標準按100年設計、校核洪水標準按500年設計（河道最大過流能力30000m3/s，與500年一遇洪水標準29800m3/s相當）是合適的、安全的。