海里水電站增效擴容改造工程設計洪水計算分析

羅 藝，黃雄燕，李 東

(1.貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002;2.四川大學水電學院，四川 成都 610065)

漣江海里水電站系蒙江梯級規劃中漣江河段第二級，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行至今，已運行33a，超過服役年限，且未進行系統維護，大壩、引水渠道滲漏嚴重，機組老化、汽蝕嚴重、故障頻發，廠房破舊，無法保障安全運行，近年沒有發電，處于待報廢狀態。海里水電站從建成運行至今，已運行16a，機組老化損耗嚴重，效率大大降低，近3a年均發電量8140kW·h，低于設計8830kW·h。海里水電站年利用小時數為5276h，遠超出省內平均值，年利用小時數偏高；現狀水量利用系數為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。為了為工程規劃設計和投資提供詳細決策依據，確保電站大壩及防洪調度安全，通過現場踏勘開展全面水文分析[1]，以獲得適合蒙江流域梯級開發規劃和電站增效擴容改造特性的設計洪水計算成果，確保工程高效優質的規劃建設。

1 流域概況

漣江屬蒙江左岸一級支流，位于貴州中南部。發源于貴安新區黨武鄉擺牛，在貴州省羅甸縣雙河口匯入蒙江。流域水資源量14.48×108m3，水力資源理論蘊藏量22.8×104kW，技術可開發量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114.6km，主河道坡降4.0‰。

漣江流域屬亞熱帶季風濕潤氣候，境內冬暖夏涼。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，年平均相對濕度81%，年平均日照時數為1298.1h。大風日數3.5d，多年平均風速2.1m/s，全年以N風居多。全年無霜期267d，最大積雪深度14cm。多年平均風速2.1m/s，多年平均最大風速11.8m/s，全年靜風頻率28%。歷年實測最大一日降水量185.8mm，年平均水面蒸發量1348mm。流域內主要災害性天氣有春旱、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計暴雨分析計算的分析站。分析測站最大一日降雨量統計參數[2]，見表1。

表1 測站最大一日降雨量統計匯總

由表1可知，利用測站最大一日降雨量均值[3]，計算得其多年平均最大一日降雨量算術平均值為92.4mm，H24=1.12×H日=103.4；結合“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。計算成果與暴雨的地區規律相符，結合測站適線成果以及相關等值線，設計流域最大24h暴雨量為100mm，變差系數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月底結束。年最大洪水多發生在6～7月，約占歷年實測最大洪水的68%左右。洪峰持續時間3～5h，漲洪歷時一般15h左右，洪水總歷時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 設計洪水分析

3.1 參證站設計洪水計算

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《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》中計算公式的適用條件，不宜采用雨洪法計算設計洪水[4]。因此，設計洪水計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，設計洪水計算成果見表2、3。

3.2 設計洪水過程線

對惠水水文站1960、1970、1980、1999年等實測洪水過程進行分析，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，按峰控制同倍比法放大[6]，確定海里電站不同頻率設計洪水過程線，如圖1所示。

3.3 設計洪水成果合理性分析

現場踏勘調查到壩址1999年洪水，其流量為2180m3/s，其重現期為50a一遇。壩址設計50a一遇洪峰流量為2130m3/s，兩者僅相差2.34%，設計洪水與歷史洪水成果基本吻合[7]。設計洪水成果相比原《貴州海里水電站初步設計》設計成果偏小6.83%～10.6%。原設計成果資料年限僅到1992年，其統計多年平均洪峰流量為577m3/s，Cv=0.52；改造工程分析計算加入了1993～2014年的洪峰資料，統計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成果偏小6.3%。據惠水水文站資料顯示，2000年之后再無發生過較大洪水，且年洪峰流量相較2000年之前洪水小。因此，設計洪峰流量相較原設計成果偏小。

從區域綜合分析角度看，改造工程設計洪水P=0.05%～20%洪峰模數為22.7～7.3m3/(s·km2)(流域面積按1950km2計算，洪峰面積影響指數n

表2 海里電站壩址設計洪水計算成果 洪峰：m3/s 洪量：108m3

表3 海里電站廠房設計洪水計算成果 洪峰:m3/s 洪量：108m3

圖1 海里電站壩址不同頻率洪水過程線

參照雨洪計算公式取0.67[8])，P=1%洪水洪峰模數為15.1m3/(s·km2)，與區域洪峰模數接近，符合貴州省中小流域洪峰流量模數分布規律。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測洪水計算海里電站壩址洪水是合適的，成果也是基本合理的。

4 分期設計洪水分析

根據設計流域暴雨、洪水特性和施工期安排，考慮11～3、12～3、11～4、12～4月等分期進行比較[9]。分期設計洪水計算，綜合以往的分析成果，并考慮到分期洪水量級較小，受巖溶及伏流的影響相對較小，從流域面積、產匯流特性上看[10]，選用惠水站作參證站較為合理。從惠水水文站歷年實測流量資料中，根據跨期選樣、本期使用的原則(跨期為10d)，組成1959～2014年資料系列，進行頻率分析計算，確定統計參數，按面積比指數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)分期設計洪水成果

從表4可知，壩址(廠房)分期設計洪水成果符合長包短的變化規律，與漣江流域分期洪水實際特性匹配性好，成果合理，滿足工程安全規劃設計要求。

5 結論

海里水電站增效擴容改造工程是合理利用漣江梯級水能資源、挖掘電站擴容潛力和促進惠水縣農村經濟可持續發展的再創造過程。通過對漣江流域暴雨洪水特性規律的推演計算，結合水文比擬法計算分析獲得了電站壩址和廠房的設計洪水成果，為工程科學規劃設計、施工建設和興利調度提供了詳細數據依據。