渾江梯級水電站設計分析論文
1流域及工程概況
1.1流域概況渾江是鴨綠江右側的一大支流，發源于龍崗山東南山麓，自東北流向西南，流經吉林省白山市、通化市、遼寧省桓仁縣、寬甸縣，于遼寧省桓仁縣沙尖子鄉下游約50km處注入鴨綠江。渾江全長435km，流域面積15414km2，為山區性河流，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60年代至80年代初陸續建成了桓仁、回龍山、太平哨3座梯級水電站，各水電站以水能開發利用為主，其中桓仁水庫同時承擔有下游防洪任務，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，主要任務是發電，同時承擔有下游桓仁縣的防洪任務。桓仁水庫是渾江干流僅有的一座年調節水庫，總庫容34.6×108m3，調節庫容8.2×108m3，調洪庫容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。回龍山水庫為日調節水庫，總庫容1.23×108m3，調節庫容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。太平哨水庫為日調節水庫，總庫容1.82×108m3，調節庫容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之中。形成渾江流域暴雨的天氣系統有臺風、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半拉江的上游、中游左側的東明、橫路和上游通化一帶。渾江流域內暴雨多發生在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，其中強度最大的暴雨量又集中在一天內，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178.7mm，1958年渾江下游右側支流半拉江上大柞樹溝站3天雨量達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，發生在6月至9月，全年最大洪水多發生在7月至8月，尤以8月最多。渾江屬山區性河流，土壤被覆薄、地形起伏大，河道坡降陡，河槽調蓄作用小，故急驟強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，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。一次洪水總量多數集中于3d時間內。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設計依據站及洪水系列采用
桓仁、回龍山、太平哨水電站壩址洪水設計的依據站為桓仁水文站和回龍山水文站，因此，這次重點對桓仁、回龍山水文站設計洪水進行復核。桓仁、回龍山水文站的水文測驗工作始于1936年，在1942—1945年期間陸續停測，解放后五十年代初又恢復觀測，各水文站1971年以前的`資料系列在太平哨初設時已進行了還原和插補，這次主要對1972—2012年洪水資料系列進行了還原。其中，桓仁站已受桓仁水庫調蓄影響，通過桓仁入庫流量過程采用馬斯京根法演進至桓仁站，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到回龍山站，與桓仁～回龍山區間洪水過程相加求得，桓仁～回龍山區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計時做過多次調查和分析，各站歷史洪水洪峰流量成果見表1．歷史洪水的定位根據流域洪水調查情況及實測資料綜合分析確定：將1888年洪水作為1755年以來第1位，重現期為258年；將1960，1935，1923三年洪水的重現期作為1888年以來的第2，3，4位。
5設計洪水計算
5.1洪水參數計算桓仁、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；設計洪量采用1936—2012年計77年連序系列計算。經驗頻率采用數學期望公式計算，線型采用P-Ⅲ型曲線，參數用矩法初估并進行均值、Cv優選，Cs/Cv按地區規律取2.5，最后根據適線及上、下游參數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、洪量參數用回龍山水文站參數按面積比轉換，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、太平哨壩址設計洪水成果及流域上下游各水文站設計洪水成果點繪在地區綜合圖上進行分析，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，各設計成果在地區分布上是合理的。另外，通過將桓仁、回龍山站的設計洪水成果點繪在實測峰量關系圖上進行分析，設計峰量值與實測點據的分布趨勢較為協調。因此，本次計算的設計洪水參數是合理的。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計洪水成果與1972年太平哨初設審定成果比較，均值減小，Cv值增大，各頻率設計洪水成果均有所減小。其中洪峰流量設計成果減小幅度在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致大洪水重現期增加，致使頻率曲線中的大洪水點距左移，且本次延長系列中大多數年份洪水量級不大，導致均值減小，從而使本次洪峰、洪量設計值較太平哨初設成果整體減小。
6結語
通過對桓仁、回龍山、太平哨水電站壩址設計洪水進行復核分析，各壩址設計洪峰、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，為保持工程設計洪水成果相對穩定、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］
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