旺峪河水电站水文计算浅析

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摘要：旺峪河水电站是宝鸡市凤县水能资源开发利用的重点工程之一，本文主要通过收集流域内水文气象、泥沙、河床组成、历史洪水、坝址处河道大断面、地形图、现状堤防资料等，依据工程布置位置、规模和任务等技术参数，确定防洪标准和校核标准的设计洪水及其设计洪水位等。

关键词：旺峪河；水电站；防洪；洪水

中图分类号：S688文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

旺峪河一级水电站工程位于嘉陵江左岸一级支流旺峪河的中游段，地处宝鸡市凤县南星镇与温江寺乡境内，一级电站坝址距离凤县县城22km。

根据旺峪河流域梯级开发规划，结合凤县电力系统的现状和国民经济的发展要求以及工程的具体情况，本工程的任务是发电。旺峪河一级电站采用设计净水头34.25m，设计引用流量为4.18m3/s,选用装机容量为320+2×500kw,年利用小时为4175小时。

2流域概况

旺峪河是嘉陵江左岸的一级支流，发源于凤县南部三岔镇的三宫殿。流域面积689.5km2，河流长57.8km，河床平均比降6.8%,流域多年平均降水量610.5mm，多年平均径流量1.685亿m3，多年平均流量8.49m3/s。多年平均输沙量9.1kg/m3。河流呈东西流向，主要支流有杜家河、东沟河、碾子坝河、瓦房坝河和麻峪河等，干流从凤县南星镇和温江寺乡境内川流而过，于甘肃省两当县西坡镇茨坝村汇入嘉陵江。

旺峪河流域地处秦岭土石山区，林木茂密，植被好，地表沙土层覆盖，暴雨期间洪水冲刷山坡表面泥沙，河床质主要为推移质及少量悬移质。由于河床覆盖层较厚，基底为砂砾石冲积河床，河床内淤积了较厚的片砾、粗砂，随着地形的变化在宽谷左右移动，河床在汛期冲刷，非汛期淤积，河床多年冲淤基本平衡。

3防洪标准计算

3.1水文分析计算

旺峪河流域内未设水文观测站，因此无实测流量资料。流域内南星镇设有南星雨量站，可作为设计流域的雨量站。嘉陵江干流设有凤州、茨坝、略阳等水文站，凤州站为源头站，设立于1982年3月，控制流域面688km2，观测项目主要有水位、流量、泥沙、雨量、水温等，目前已积累了25年的水文系列资料。旺峪河距离凤州水文站水平距离14.8km，处于同一个水文气象分区，流域水文气象及地型地貌条件相似，可作为旺峪河水电站水文设计参证及代表站。河道横断面采用坝址上游450m内的6个实测大断面资料。

3.1.1设计洪水的确定

参证站洪水频率分析确定

根据凤州水文站1983～2006年共23年洪峰流量系列，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）推荐的方法，采用皮Ⅲ型。Cs值采用与Cv值的倍比适线求得。经过适线，求得凤州水文站洪水频率计算成果及统计参数详见表3.1。

表3.1 凤州水文站洪水频率计算成果表

3.1.2坝址处设计洪水的确定

凤州水文站控制流域面积688km2，一级站枢纽控制流域面积434km2。本次计算以凤州水文站设计洪水为根据，采用面积比拟法推求引水枢纽处的设计洪水。

式中：

QP设—设计断面的设计洪峰流量

QP参—参证站设计洪峰流量

FP设—设计断面控制流域面积

FP参—参证站流域面积

旺峪河一级站引水枢纽断面设计洪水成果详见表3.2。

表3.2 旺峪河一级站引水枢纽设计洪水成果表

3.1.3坝前设计洪水位的确定

坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头，一级引水坝坝顶高程为1073.10m，求出后，即可确定坝前设计洪水位。根据《水力计算手册》，溢洪坝设计水头可用堰流基本方程计算，因式中，ε及σ均与有关，故采用试算法求解。

1、设计水头计算

假设设计水头=1.8米，则坝前水位为1074.90m，相应坝前断面过水面积为228m2，又知设计洪水流量Q=338m³/s，则

＝1.48m/s

＝0.111m

=+=1.80+0.111=1.91m

按设计洪水流量Q，查相应坝下水位为1072.84m（见图4-3）,则有：

=1072.84－1073.10=-0.26m

=0.136＜0.15；

下游坝高

=1073.10—1070.31=2.79m

=1.46＜2.0；

因不能完全满足实用堰自由出流条件:≤0.15及≥2.0,故为实用堰淹没出流。

根据及值由《水力计算手册》曲线型实用堰的淹没系数图查得σ=0.999。因溢流坝为单孔堰，溢流孔数n=1；溢流宽度B=b=60米。按圆弧形翼墙由边墩系数表查得边墩系数ζk为0.7，则侧收缩系数：

=1－0.2×0.7×=0.955

对于WES型实用堰，当水头为设计水头时，流量系数==0.502，即溢流坝流量：

=0.999×0.955×0.502×60=336m³/s

计算结果与设计洪水流量基本相符，说明假设的值是正确的，故取设计水头=1.80m。

坝前设计洪水位为坝顶高程与设计水头之和1074.90m。

按照上述计算思路，仍按照堰流基本方程计算不同水头H的溢流坝流量，计算成果详见表3.3，根据表3.3的水位流量数据绘制水位流量关系图，由坝前不同频率设计流量推求相应洪水位详见表3.4。

表3.3 坝前水位流量计算成果表

表3.4 坝前不同频率设计洪水位成果表

3.1.4坝下水位流量关系曲线计算

从实测大断面来看，坝下断面形状基本较为规则，河床相对稳定，可以利用曼宁公式计算坝下断面水位流量关系，由设计流量推求设计洪水位。计算成果见表4.5。

表3.5天然河道坝下断面设计洪水位成果表

3.2参数确定：

3.2.1河道断面

本次计算断面采用2007年3月实测的天然河道大断面,断面测量及水文计算中所使用的高程系统和设计单位采用的高程系统一致。

3.2.2水面比降

根据实测的河床比降，结合1981年历史调查洪水资料综合分析，确定坝址洪水比降为7.0‰。

3.2.3河道糙率

河段河床质主要是砂卵石，单一河槽。根据桥位断面河床组成、河段特征，查找有关资料选用经验糙率，并参考凤州水文站实测糙率资料，综合确定糙率为0.035。

3.3设计洪水计算成果的合理性检查

3.3.1设计洪水成果的合理性检查

由于旺峪河流域内无实测观测资料。与处于同一个水文气象分区的凤州水文站的流域水文气象及地型地貌条件相似，凤州水文站水文资料系列长，有可靠的历史调查资料，系列代表性较好。因此本次评价以凤州水文站作为参证站采用面积比拟法推求设计洪水，计算方法是合理的。

通过与《凤县旺峪河一级水电站初步设计报告》中设计洪水成果进行对比，其10年一遇洪水设计值相差40m3/s,50年一遇设计洪水相差17m3/s，分析主要是由于采用凤州站集水面积不同所导致。因此，本次设计洪水计算的成果基本合理。

3.3.2设计洪水位计算的合理性检查

引水坝前设计洪水位采用堰流基本公式进行计算，符合规范要求。坝下断面设计洪水位采用曼宁公式计算，现场查勘可知，坝址上下游500m范围内河段顺直、断面规整，符合规范规定的曼宁公式使用条件。经比较，建坝后坝前设计洪水位与坝下洪水位相差2.06m，与溢流坝设计水头1.91m相差0.15m，由此可见设计洪水位的计算成果基本合理。

4.结论

旺峪河一级径流式引水电站工程等级为Ⅴ等小二型工程，主要水工建筑物级别为5级。引水枢纽工程按10年一遇洪水标准设防，50年一遇洪水校核。电站厂房按30年一遇洪水标准设防，50年一遇洪水标准校核，经过计算，坝址10年一遇设计洪水为338m3/s,相应水位为1074.90m。50年一遇校核洪水为625m3/s，相应水位为1075.70m。符合《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）及国家《防洪标准》（GB50201-94）的规定。

5.建议

5.1建议在左右岸300m范围新建河道防护工程，防护工程高程不低于1076.12m，要委托具有水利工程设计资质单位根据河段的河势变化情况作出专项设计经河道主管部门批准后实施。

5.2建议在引水枢纽工程建设和运用初期，应对坝址河段的河势变化进行观测，其观测时间一般不应少于5年。

参考资料：

《水利水电工程等级划分及洪水标准》

《小型水力发电站水文计算规范》

《水利水电工程水利动能设计规范》；

《水利水电工程水文计算规范》；

《水文调查规范》；

《宝鸡地区实用水文手册》；