大学毕业设计---营口水电站工程水文信息分析.doc

营口水电站工程水文信息分析刘兴（南昌工程学院水文与水资源工程 江西吉安343000）【摘要】本文根据营口水电站建设可行性，对该流域的工程水文信息进行分析，以确定是否符合水文水资源规划的要求。【关键词】营口水电站；径流；洪水；水文流量关系一、工程概况营口水电站位于安远县中北部的蔡坊乡境内，距县城40km，营口水电站坝址位于东径11528，北纬2517，属赣江水系濂江河一级支流大脑河支流九角河，控制流域面积25.1km2，河流长度10.3km，河道加权平均坡降33.9，流域内崇山峻岭，森林茂盛，植被覆盖良好，无水土流失之患，河流自然落差大，降水量充沛，多年平均降水量1562mm，蔡坊乡至营口有林区公路通过厂址，交通便利。流域内高山峻岭，河流湍急，基岩裸露，森林茂盛，人烟稀少，植被覆盖良好，无水土流失之患。营口水电站是一座以发电为主，结合防洪等综合利用的小型水利枢纽工程，该电站是大脑河支流九角河梯级开发的第二级水电站，开发方式是隧洞引水式开发。电站主要建筑物由大坝、引水隧洞、压力钢管、及发电厂房等组成，电站装机3台，容量820kw，大坝为砼砌块石单曲拱坝，最大坝高31.5m，坝顶宽3m，溢流坝顶长20m，坝顶采用实用堰无闸自由泄流，发电引水隧洞布置在大坝右岸，全长1106m，隧洞开挖直径1.8m。发电厂房为地面式厂房，厂房平面尺寸为14.459m7.18m5m（长宽高）。二、水文气象情况1、流域概况营口水电站位于安远县中北部的蔡坊乡境内，距县城40km，营口水电站坝址位于东径11528，北纬2517，属赣江水系濂江河一级支流大脑河支流九角河，控制流域面积25.1km2，河流长度10.3km，河道加权平均坡降33.9，流域内崇山峻岭，森林茂盛，植被覆盖良好，无水土流失之患，河流自然落差大，降水量充沛，多年平均降水量1562mm，是安远县水力资源较丰富的河流之一。2、水文气象资料本流域属亚热带东南亚季风气候区,气候温和，降水充沛。据安远气象站的多年资料统计，多年平均气温18.9，极端最高气温38.5，极端最低气温-6.5,多年平均蒸发量1373.7mm。流域内暴雨类型主要有锋面雨和台风雨，锋面雨一般出现在46月，台风雨一般出现在79月，一次暴雨持续时间在3d以内，并以1d为多。降水量在年际及年内分配极不均衡。据高云山站的多年资料统计，多年平均降水量为1620.8mm，年最大降水量2333.2 mm(1975年）,年最小降水量为1066mm(1971年),年变率为2.19倍，最大一日降水量198.7 mm，出现在1978年7月30日。坝址设计洪水采用江西省暴雨洪水查算手册中推理公式法进行计算，设计洪水成果 5年一遇(P=20%)设计洪峰流量135m3/s,10年一遇（P=10%）设计洪峰流量205m3/s，20年一遇（P=5%）设计洪峰流量315m3/s， 100年一遇（P=1%）设计洪峰流量477m3/s。由于坝址无实测泥沙资料,而流域内植被良好,自然地理和下垫面与上犹江水库相似，所以，本阶段水库泥沙淤积参照上犹江水库实测泥沙资料用类比法估算，据上犹江水库多年实测泥沙淤积资料统计，多年平均淤积量约为0.0124万m3/km2，水库使用年限按30年计，计算得营口水库泥沙淤积量约为9.34万m3，查水位库容曲线水库可能的淤积高程为282.90m。3、水文测站及资料情况中心潭专用水文站为兴建蔡坊水电站的需要，1984年5月设立中心潭专用水文站，控制流域面积112km2，观测的项目有水位、流量，1985年12月底撤销，有完整的自1984年6月1985年12月共计19个月的径流资料，经有关水文部门整编、审查、资料可靠。高云山雨量站高云山雨量站于1964年设立，按有关规定要求观测降水量，1994年撤销，该站1964年1993年雨量资料均经省水文部门整编、审查或刊印，资料可靠。羊信江水文站濂江上游有羊信江水文站，自1958年设立至今，控制流域面积569km2，观测的项目有水位、流量、降水量等，历年资料均经省水文部门整编，审查或刊印，资料可靠。4、水文地质条件地下水类型坝区地下水类型主要为基岩裂隙潜水和第四系孔隙潜水。第四系孔隙潜水埋藏于坝区地势较低的第四系冲洪积层及残坡积层中，水量季节性变化大，接受大气降水补给，就近向河沟迳流排泄或补给下伏的基岩裂隙潜水含水层；基岩裂隙潜水埋藏于流纹质含砾熔结凝灰岩风化裂隙中，含水量小中等，接受大气降水垂直入渗补给及孔隙潜水的侧向补给，向沟谷及河床中迳流排泄或渗入深部基岩，形成地下潜流，勘察期间左岸钻孔地下水静止水位埋深3.0011.80m；右岸地下水静止水位埋深1.003.15m；现代河床地下水静止水位埋深与河水面相平，勘察时河水位约为278.40m。 坝址岩体的透水性坝基岩性为侏罗系上统鸡笼嶂组（J3j1）流纹质含砾熔结凝灰岩，根据坝线钻孔压(注)水试验资料分析，基岩透水性主要受岩石风化程度及裂隙构造控制，一般随深度的增加而减少。左岸坝基弱风化岩石透水率q=1.7028.6Lu，属弱中等透水性；河床坝基弱风化岩石q=1.2 8.4 Lu，属弱透水性，右岸坝基弱风化岩石q=1.08.1Lu，属弱透水性。按透水率q3Lu作为相对不透水层标准，左岸透水岩层厚度911m，河床段910.65m，右岸9.6011.70m。 地表、地下水水质依据钻孔处地下水及地表河水水样分析结果(见附表详见表3-2)，根据水利水电工程地质勘察规范（GB50287-99）附录G环境水对混凝土腐蚀评价标准综合判定：地表水及地下水对砼具分解类溶出型弱腐蚀、一般酸性型弱腐蚀性、碳酸型弱腐蚀、溶出型弱腐蚀性。 表3-2 环境水腐蚀判定标准及评价表腐蚀性类 型腐蚀性特征判定依据腐 蚀程 度界 限 指 标地表水分析指标地下水分析指标分解类溶出型HCO-含量(mmol/L)无腐蚀弱腐蚀中等蚀腐强腐蚀HCO3-1.071.07HCO3-0.70HCO3-0.70-0.7620.762一般酸性型PH值无腐蚀弱腐蚀中等蚀腐强腐蚀PH6.506.5PH6.06.0PH5.5PH5.56.46.30碳酸型侵蚀性CO2含量(mg/L)无腐蚀弱腐蚀中等蚀腐强腐蚀CO21515CO23030CO260CO26020.9523.05分解结晶复合类硫酸镁型Mg2+含量(mg/L)无腐蚀弱腐蚀中等蚀腐强腐蚀Mg2=10001000Mg2=15001500Mg2=20002000Mg2+30003.384.51结晶类硫酸盐型SO42-含量(mg/L)无腐蚀弱腐蚀中等蚀腐强腐蚀普通水泥SO42-250250SO42-400400SO42-500500SO42-1000抗硫酸盐水泥SO42-30003000SO42-40004000SO42-50005000SO42-100002.505.00三、径流1、径流营口水电站坝址各月径流主要根据羊信江水文站实测和延伸径流系列进行推求，多年平均流量和逐年月平均流量设计站与羊信江水文站的面积比计算推求，以每汛期4月一次3月，从1958年2006年推求而得，见表2-1，计算公式： F设 F设Q设 = Q参 ，Q设平均 = Q参平均 F参 F参根据坝址19582006年径流系列，用频率法计算。径流统计参数采用P-型曲线适线法确定，坝址多年平均流量0.64m3/s，Cv=0.4，Cs=2.0Cv，多年平均径流量为0.2亿m3，多年平均径流深804mm，营口水电站坝址年平均流量成果表见表2-1,不同设计频率的年平均流量见表2-2；设计代表年逐月平均流量见表2-3。营口水电站坝址年平均流量成果表年 份1958195919601961196219631964196519661967196819691970年平均Q（m3/s）0.4680.9880.6571.1910.7980.1760.6970.3520.5210.4120.4050.4460.728年 份1971197219731974197519761977197819791980198119821983年平均Q（m3/s）0.3480.360.970.5961.310.7460.3670.7590.4810.7980.4810.7980.785年 份1984198519861987198819891990199119921993199419951996年平均Q（m3/s）0.6090.8780.4980.5210.6090.4760.7720.2330.9220.6660.710.7940.759年 份1997199819992000200120022003200420052006年平均Q（m3/s）0.6840.6310.490.5430.6260.5250.5340.2810.5340.851表2-2 营口电站不同频率年平均流量成果表频率（%）105090年平均流量（m3/s）1.150.7170.421年径流量（亿m3）0.3630.2260.133表2-3 设计代表年逐月平均流量表 单位：m3/s月份 频率一二三四五六七八九十十一十二P=10%0.330 0.315 0.694 2.039 2.676 3.008 1.112 0.772 0.289 1.306 0.785 0.473 P=50%0.205 0.197 0.433 1.272 1.668 1.876 0.693 0.482 0.180 0.814 0.490 0.295 P=90%0.121 0.115 0.254 0.747 0.980 1.101 0.407 0.283 0.106 0.478 0.288 0.173 2、径流调节计算（1）设计代表年的各月平均流量计算根据表2-2的不同频率年平均流量取P=10%，P=50%，P=90%三个频率的年平均流量，设计代表年逐月平均流量见表4-1。表4-1 设计代表年逐月平均流量表 单位：m3/s月份 频率一二三四五六七八九十十一十二P=10%0.330 0.315 0.694 2.039 2.676 3.008 1.112 0.772 0.289 1.306 0.785 0.473 P=50%0.205 0.197 0.433 1.272 1.668 1.876 0.693 0.482 0.180 0.814 0.490 0.295 P=90%0.121 0.115 0.254 0.747 0.980 1.101 0.407 0.283 0.106 0.478 0.288 0.173 （2）电站水头损失 电站设计毛水头为52.6m，按4%扣损后实际计算水头为51.5m。（3）电能与保证出力计算 电能计算 该电站为河床引水式发电站，只要有水就能发电，该站发电引用最大流量为1.93m3/s，当超过1.93m3/s的流量做弃水处理，渗漏、蒸发按2%考虑扣除，出力系数A值取7.0，计算公式：E=AHQTE为发电量，A为出力系数7.0，H=51.5m，Q为流量，T为月发电时间取730小时，装机容量750KW，各代表年扣损的能利用发电流量发电量成果见表4-2。表4-2 电站区间各代表年月实际发电流量、发电量、成果表月份P=10%P=50%P=90%Q发电实际发电量Q发电实际发电量（万度）Q发电实际发电量（万度）流量（万度）流量流量10.330.323 8.51 0.205 0.201 5.30 0.121 0.118 3.11 20.3150.309 8.12 0.197 0.193 5.07 0.115 0.113 2.98 30.6940.680 17.90 0.433 0.424 11.16 0.254 0.249 6.55 42.0391.930 50.79 1.272 1.246 32.79 0.747 0.732 19.25 52.6761.930 50.79 1.668 1.635 43.03 0.980 0.960 25.26 63.0081.930 50.79 1.876 1.838 48.38 1.101 1.079 28.40 71.1121.090 28.68 0.693 0.680 17.88 0.407 0.399 10.50 80.7720.757 19.91 0.482 0.472 12.42 0.283 0.277 7.29 90.2890.283 7.45 0.180 0.177 4.65 0.106 0.104 2.73 101.3061.280 33.68 0.814 0.798 21.00 0.478 0.469 12.33 110.7850.769 20.25 0.490 0.480 12.63 0.288 0.282 7.42 120.4730.464 12.20 0.295 0.289 7.61 0.173 0.170 4.47 合计309.07万度221.92万度130.30万度多年平均发电量E=(E10%+E50%+ E90%)/3=661.29/3=220.43万度。多年平均利用小时T=(E10%/750+E50%/750+E90%/750)/3=（3090700/750+2219200/750+1303000/750）/3=2939小时。保证出力计算P=90%枯水年份枯水期(10月至次月2月)月平均流量0.191m3/s，月扣损2%后为0.187m3/s，视为该站保证出力。保证出力：N保=7.551.50.187=72.2kw。四、洪水1、洪水特性与成因分析本流域的洪水由暴雨形成，洪水出现时间多在48月，年最大洪水多出现在6月，流域内河床坡降陡，集流时间短，洪水来势猛,涨落急剧,降水至洪峰出现一般在58h,洪峰持续时间约0.5h，洪水历时12d，洪水过程以单峰为主，一次洪水的洪量以1d为主。2、设计洪水计算由于坝址无实测洪水流量资料,设计洪水由暴雨间接推求,并假定设计暴雨和设计洪水的频率相同。营口水电站坝址设计洪水标准为20年一遇（P=5%），100年一遇（P=1%）洪水校核。坝址流域特征参数:坝址以上控制流域面积F=25.1m2坝址以上主河道长度L=10.3km坝址河道平均坡降J=33.9坝址流域平均宽度B=2.44km坝址流域形状系数K=B/L=0.24 设计暴雨采用羊信江单站频率暴雨法和省编暴雨洪水查算手册查算，营口水电站不同时段设计暴雨成果见表2-4。表2-4 营口水电站不同时段设计暴雨成果表时段方法统计参数P(%)均值CVCS/CV15102024h省编手册1020.483.5300.4216.8166.9134.5羊信江站95.70.453.52671961531251h省编手册460.43.5116.48870.659羊信江站40.30.33.58366.856.549.46h省编手册750.53.5229163.4124.599.4羊信江站64.10.363.51501169580.8从表2-4可见，经分析与比较两种种不同方法推求的设计暴雨成果，为安全起见，本次设计采用省编暴雨洪水查算手册查算的设计暴雨成果。设计洪水计算坝址以上流域特征参数根据1/5万地形图量算而得，采用省编暴雨洪水查算手册推荐的推理公式法进行，坝址设计洪水成果见表2-5，坝址设计洪水过程线见表2-6。表2-5 坝址设计洪水成果表 P(%)项 目151020Qm(m3/s)477315205135W1日(万m3)659445321232表2-6 营口水电站坝址设计洪水过程线 P（%）（t=1h）1510200000014330.219.312.32262185.2113.467.934773152051354329207142.8102520010988.468.4610268.748.334.6787.159.743.031.7872.650.137.728.8958.141.832.525.81043.732.827.222.91129.023.821.919.91221.420.218.717.01319.518.117.015.51417.516.115.214.11515.514.113.512.71613.612.111.811.31711.610.210.19.9189.78.28.38.5197.76.26.67.1205.74.24.95.7213.82.23.24.3221.80.21.52.9230001.5240设计暴雨、洪水合理性分析营口水电站与邻近工程设计暴雨，设计洪水合理性分析，现将邻近工程设计暴雨，设计洪水对照见表2-7。表2-7 营口水电站与邻近工程设计暴雨、设计洪水成果对照表工 程 名 称安远上丁营口水电站高云山水电站集水面积（km2）18.225.153.5设计暴雨（mm）均值113.6102108Cv0.450.480.45Cs/Cv3.53.53.5洪峰流量（m3/s）二十年一遇270315495洪峰模数(Qm/F2/3)39.036.734.8一百年一遇398477744洪峰模数57.555.652.4一日洪量（万m3）二十年一遇337445832洪量模数(W/F)18.517.715.6一百年一遇5026591236洪量模数27.626.323.1流 域 形 状 系 数0.490.240.209从表2-7可见，营口水电站与高云山水电站、上丁水电站工程的设计暴雨，洪峰流量和洪量模数都误差较小，且均符合地形变化规律和汇流特征，故可认为本次坝址设计洪水成果是基本合理的。坝址分期设计洪水a、施工导流标准枯水期(102月)相应时段5年一遇洪水。施工渡汛采用10年一遇洪水。b、计算方法与成果将羊信江站19582006年49年系列中相应时段的最大流量按面积比0.124次方移用至坝址，尔后用频率推求，成果见表2-8。表2-8 坝址分期设计洪峰流量成果表 时段Q（m3/s）P(%)全 年（102）月1020533.310.8厂址设计洪水由于厂址位于蔡坊水电站厂址上游不到1km处，距离营口水电站坝址2.6km，通过引水隧洞引水至厂址，所以直接引用蔡坊水电站厂址设计洪水见表2-9，厂址分期设计洪峰流量成果表见表2-10。表2-9 厂址设计洪水成果表 P(%)项 目3.3310Qm(m3/s)695504W1日(万m3)27952027表2-10 厂址分期设计洪峰流量成果表 时段Q（m3/s）P(%)全 年（102）月107281079.43、洪水调节计算（1）基本资料水库水位面积、库容关系见表4-2。表4-2 营口水库水位面积、库容关系表Z（m）278280285290295300305310F（104m2）02.23.75.5810.713.417.4V（104m3）02.216.9539.9566.597.7139.6196.5坝址设计洪水过程线见表2-5。溢流堰泄流曲线。溢流堰为表孔无闸控制泄流，堰顶高程296m，溢流净宽20m，库水位下泄流量关系见表4-2。表4-2 库水位下泄流量关系表Z（m）296296.5297297.5298298.5299299.5300300.5300.10Q(m3/s)0164480.53123.1722242813412406472（2）洪水调节方法及成果洪水调节溢流堰为无闸控制，当正常蓄水位296m，堰宽B=20m，起调水位296m，调洪成果见表4-3。表4-3 营口水电站坝址调洪成果表项 目单 位P(%)151020坝址洪峰流量m3/s477315205135坝前最高库水位m300.30299.26298.38297.76相应最大下泄流量m3/s387.62481561004、水库正常蓄水位与死水位选择（1）正常蓄水位选择营口水电站正常蓄水位选择主要在九角河流域梯级开发规划方案的基础上进行全面优化和方案比较，尽量提高调节性能（增加调节库容和水头），同时不增加过大的淹没损失，达到梯级开发经济效益最佳为目的。根据本次调查测量在296.00m以下淹没林地120亩，无耕地淹没。营口水电站水库正常蓄水位的选择在充分利用水力资源的基础上，主要以不淹没上游粮田及本工程坝址地质条件为控制目标。本阶段选定正常蓄水位为296.00m。（2）死水位选择水库泥沙淤积高程282.90m，考虑发电引水隧洞进水口布置要求，隧洞底板高程为283.00m，考虑发电引水进水口布置条件和电站调节所需库容以及泥沙淤积高程，本阶段选定水库发电死水位为288.00m，相应死库容30万m3。五、 泥 沙流域内无实测泥沙资料，本次设计水库泥沙借用邻近水库泥沙淤积资料比拟估算。由于坝址无实测泥沙资料,而流域内植被良好,自然地理和下垫面与上犹江水库相似，所以，本阶段水库泥沙淤积参照上犹江水库实测泥沙资料用类比法估算，据上犹江水库多年实测泥沙淤积资料统计，多年平均淤积量约为0.0124万m3/km2，水库使用年限按30年计，计算得营口水库泥沙淤积量约为9.34万m3，查水位库容曲线水库可能的淤积高程为282.90m。六、水位流量关系1、坝址下游水位流量关系曲线营口水电站坝址下游水位流量关系，按实测坝址河床断面面积，用水力学明渠均匀流公式Q=WC（Ri）1/2进行推求。河槽实测坡降i=10，河床槽率取n=0.05，经计算坝址下游水位流量关系见表2-12。2、厂址水位流量关系曲线营口水电站下游厂址水位流量关系，小流量时由实测厂址河床断面面积，用水力学明渠均匀流公式Q=WC（Ri）1/2进行推求。大、中流量时按下游蔡坊电站大坝堰顶水位流量关系曲线推求。厂址河槽实测坡降i=9.05，河床槽率取n=0.051，厂址水位流量关系成果见表2-12。表2-12 厂址、坝址水位流量关系表厂址水位(m)244.504246.696248249流量(m3/s)0289551813坝址水位(m)278.083280281282283284285流量(m3/s)055.7132231352492653从图中查得厂房防洪设计（P=10%，Q=504m3/s）水位为247.80m，厂房校核（P=3.33%，Q=695m3/s）水位为248.565m。 从图中查得坝址设计洪水（P=5%，Q=315m3/s）相应下游水位为282.71m，坝址校核洪水（P=1%，Q=477m3/s）相应下游水位为283.90m。七、回水计算根据实地河床断面测量及大坝设计洪水标准用伯努利方程逐段试算法求得p20%=135m3/s，p10%=205m3/s， p5%=315m3/s，p2%=364m3/s，四种频率的水库回水。计算可知频率p=20%的回水位为297.76m；频率p=10%的回水位为298.38m；频率p=5%的回水位为299.26m; 频率p=2%的回水位为299.62m.以上回水位均无农田淹没。八、 结语安远县境内水资源贫缺，据统计水能理论蕴藏量11.15万kw，可开发量9.2万kw，经济可开发量7.5万KW。到2008年全县总装机3.593万kw，占理论蕴藏量的32.2%，占全县可开发量的39%。多年平均发电量12576万kw.h，人均占有装机102w，人均占有发电量358kw.h。目前我县已开发电站调节库容小，且以迳流式发电为主，保证出力低，虽与赣州电网联网，但仍不能满足当前工农业生产和生活照明用电的需要，缺电状况还非常严重。我县属于工业落后县，近几年虽办了几个厂子，但由于电能质量低，限电、停电时有存在，难于发挥经济效益，对于乡镇工业更难于发展。改革开放以来，安远县的社会经济快速发展，对电力电量的需求也越来越大，据负荷预测2010年全县最大负荷4.8993万kw，年需电量22608万kw.h。由此可见，该县电力电量的缺口还很大，目前，急需兴建新的电源点以缓解电力系统的供需矛盾，营口水电站具有调节性能好，技改增容投资较少，见效较快，经济效益较好等优点,因此，营口水电站技改增容工程是非常必要的，也是非常紧迫的。17