鄧歡歡

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635）

1 工程概況

桐城抽水蓄能電站位于安徽省安慶市桐城市境內(nèi)，靠近皖中負(fù)荷中心，是一座純抽水蓄能電站，工程建成后供電范圍為安徽電網(wǎng)，承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等任務(wù)，可減輕電網(wǎng)調(diào)峰壓力，改善煤電機(jī)組運(yùn)行條件，促進(jìn)新能源的消納，提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性。電站裝機(jī)總規(guī)模1280 MW，按其裝機(jī)容量確定為一等大（一）型工程。

電站上水庫(kù)位于唐灣鎮(zhèn)楊樹(shù)村胡沖溝上，利用高山盆地，庫(kù)盆東、北、西三面環(huán)山，庫(kù)內(nèi)發(fā)育若干沖溝，壩址以上集水面積0.934 km2，壩址至河源長(zhǎng)1589 m，主河道平均坡降216.6‰。下水庫(kù)位于南沖河中下游，壩址位于汪河村張灣河段，壩址以上集水面積17.22 km2，壩址至河源長(zhǎng)10.21 km，主河道平均坡降35.44‰。上、下庫(kù)壩址直線(xiàn)距離約2 km。上水庫(kù)大壩、下水庫(kù)大壩及泄洪設(shè)施的洪水標(biāo)準(zhǔn)均按200 年一遇洪水設(shè)計(jì)、2000 年一遇校核。為保證水庫(kù)建設(shè)防洪安全，需對(duì)上、下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行分析與探討。

2 工程所在流域及周邊水文測(cè)站布設(shè)情況

桐城抽水蓄能電站上、下水庫(kù)流域內(nèi)無(wú)水文站和標(biāo)準(zhǔn)雨量站，缺乏實(shí)測(cè)流量、降雨資料。下水庫(kù)壩址下游約3.9 km 處建有牯牛背水庫(kù)，水庫(kù)設(shè)有大塘、唐灣、黃鋪、牯牛背水庫(kù)站共4個(gè)專(zhuān)用雨量站，距離工程所在區(qū)域較近的有唐家灣、后沖兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雨量站。各雨量站資料基本情況見(jiàn)表1。

表1 工程鄰近流域測(cè)站基本資料一覽表

牯牛背水庫(kù)集水面積125 km2，牯牛背水庫(kù)站1975 開(kāi)始觀測(cè)，大塘、唐灣、黃鋪三站觀測(cè)始于1986 年，截止2012 年除牯牛背水庫(kù)站，各雨量站均已經(jīng)停測(cè)。牯牛背水庫(kù)雨量資料沒(méi)有通過(guò)水文局水文站專(zhuān)業(yè)人員的整理、分析、統(tǒng)一整編；4 個(gè)雨量測(cè)站均發(fā)生過(guò)因測(cè)量?jī)x器損壞廢棄而斷測(cè)、停測(cè)情況，實(shí)測(cè)多年平均年降雨量較周邊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)雨量站和等值線(xiàn)圖成果均明顯偏小，雨量資料的可靠性不強(qiáng)，且無(wú)實(shí)測(cè)短歷時(shí)暴雨資料，不作為本次洪水計(jì)算的依據(jù)。唐家灣站和后沖站是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)雨量站，測(cè)驗(yàn)規(guī)范，所有測(cè)驗(yàn)、觀測(cè)及數(shù)據(jù)整編符合國(guó)家行業(yè)技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)和要求，經(jīng)復(fù)核水文數(shù)據(jù)無(wú)明顯錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)成果可靠，且有長(zhǎng)系列短歷時(shí)降雨系列，可作為本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的參證站。

3 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

桐城抽水蓄能電站額定水頭335 m，上、下水庫(kù)高程差較大。為統(tǒng)計(jì)分析工程所在區(qū)域短歷時(shí)降雨隨高程變化的關(guān)系，建立唐家灣站、后沖站及其他周邊雨量站和水文站實(shí)測(cè)多年平均短歷時(shí)降雨量與站點(diǎn)所在高程之間的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)各站點(diǎn)高程相差較大，但短歷時(shí)降雨量變化不大，且降雨量不呈現(xiàn)隨高程增加而變大或減小的趨勢(shì)，降雨與高程相關(guān)性較差，說(shuō)明該地區(qū)短歷時(shí)暴雨量受高程變化的影響不大，可直接采用站點(diǎn)實(shí)測(cè)降雨作為工程所在流域降雨。

桐城抽水蓄能電站所在南沖河屬于菜子湖流域，菜子湖流域歷史洪水年份有1808 年、1954 年、1969 年，其中1808 年為調(diào)查到的最早歷史洪水年份，1969 年為實(shí)測(cè)特大洪水。自1651 年以來(lái)，本地區(qū)只有1808 年洪水較大，但無(wú)調(diào)查記錄，可認(rèn)為1969 年洪水與1808 年洪水相當(dāng)，重現(xiàn)期為182 a。

對(duì)唐家灣、后沖兩站實(shí)測(cè)短歷史降雨資料進(jìn)行排頻計(jì)算，并考慮歷史洪水影響，得到實(shí)測(cè)點(diǎn)暴雨統(tǒng)計(jì)成果。將統(tǒng)計(jì)成果與安徽省暴雨參數(shù)等值線(xiàn)圖查算成果進(jìn)行對(duì)比，唐家灣和后沖站實(shí)測(cè)降雨排頻計(jì)算成果均小于等值線(xiàn)圖查算成果，從偏安全角度考慮，工程設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨采用等值線(xiàn)圖查算成果。桐城抽水蓄能電站上水庫(kù)集雨面積小于10 km2，點(diǎn)面系數(shù)取1，以點(diǎn)暴雨代替面暴雨；下水庫(kù)流域點(diǎn)面系數(shù)為：a24=a1=0.997。點(diǎn)暴雨乘以點(diǎn)面換算系數(shù)得到設(shè)計(jì)面暴雨，上、下水庫(kù)設(shè)計(jì)面暴雨成果見(jiàn)表2。

表2 上、下水庫(kù)設(shè)計(jì)面暴雨成果表

4 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

4.1 下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水

桐城抽水蓄能電站下水庫(kù)大壩壩址以上集雨面積17.22 km2，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算考慮扣除上庫(kù)集雨面積0.934 km2，工程所在區(qū)域?qū)儆诮吹貐^(qū)。下水庫(kù)洪水計(jì)算采用1984 年《安徽省暴雨參數(shù)等值線(xiàn)圖、山丘區(qū)產(chǎn)匯流分析成果和山丘中、小面積設(shè)計(jì)洪水計(jì)算辦法》中納希線(xiàn)性瞬時(shí)單位線(xiàn)模型，其一般形式如下：

式中：u（0，t）為時(shí)刻瞬時(shí)單位線(xiàn)縱高；Φ 為伽馬函數(shù)；n 為流域匯流調(diào)節(jié)參數(shù)，線(xiàn)性水庫(kù)個(gè)數(shù)；K 流域匯流時(shí)間參數(shù)，每個(gè)水庫(kù)的滯時(shí)。

江淮淺山區(qū)匯流參數(shù)m1經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：m1、N、k 為瞬時(shí)單位線(xiàn)參數(shù)，在江淮之間 N 固定為 3；F 為集雨面積，km2；J 為主河道坡降，‰；R3為最大 3 h 設(shè)計(jì)凈雨，mm。

考慮匯流時(shí)的地下水回加，產(chǎn)流計(jì)算時(shí)設(shè)計(jì)流域面凈雨量?jī)H考慮扣除地表?yè)p失雨量；江淮淺山區(qū)重現(xiàn)期≥50 年一遇，扣除地表?yè)p失20 mm；重現(xiàn)期≤20 年一遇，扣除地表?yè)p失40 mm；流域24 h 凈雨雨型分配，參照同頻率內(nèi)包型式。確定匯流參數(shù)為0.66，為0.16～0.2，由設(shè)計(jì)洪水流量過(guò)程線(xiàn)和流域形狀系數(shù)（B 為流域平均寬度2.07 km)得到洪峰流量修正系數(shù)，推算設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)，見(jiàn)圖1。

圖1 桐城下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)

4.2 上水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水

上水庫(kù)集雨面積為0.934 km2，面積遠(yuǎn)小于10 km2，不宜采用瞬時(shí)單位線(xiàn)進(jìn)行洪水計(jì)算。根據(jù)工程布置，上水庫(kù)正常蓄水位對(duì)應(yīng)水面面積為0.355 km2，陸面面積0.579 km2。水庫(kù)建成后正常運(yùn)行期間，水面所占比率很大，水面洪水會(huì)對(duì)流域洪水產(chǎn)生一定影響，為使計(jì)算更合理，本次采用兩種方案進(jìn)行上水庫(kù)洪水計(jì)算。

方法一：將壩址以上集雨范圍作為整體，按《安徽省山丘區(qū)中小河流洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式》計(jì)算洪峰。24 h 洪量由24 h 凈雨推求，重現(xiàn)期≥50 年一遇時(shí)，不考慮暴雨扣損；重現(xiàn)期＜50 年一遇時(shí)，按經(jīng)驗(yàn)公式中淺山區(qū)扣損。

方法二：將水面與陸面分開(kāi)，水面降雨扣損為0，洪水由降雨直接形成，參照《安徽省暴雨參數(shù)等值線(xiàn)圖、山丘區(qū)產(chǎn)匯流分析成果和山丘中、小面積設(shè)計(jì)洪水計(jì)算辦法》中凈雨雨型分配24 h 降雨，得到洪峰流量成果，24 h 洪量即為24 h 雨量；陸面洪水按《安徽省山丘區(qū)中小河流洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式》計(jì)算洪峰，按方法一計(jì)算洪量。水面洪水和陸面洪峰疊加得到水庫(kù)相應(yīng)頻率設(shè)計(jì)洪水成果。

安徽省山丘區(qū)中小河流洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：R24，p為設(shè)計(jì)頻率為 p 的 24 h 凈雨量，mm，淺山區(qū)為 24 小時(shí)降雨量減去40 mm；C 為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，淺山區(qū)取0.028。

桐城抽水蓄能電站上、下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表3。

表3 桐城抽水蓄能電站上、下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果表

5 洪水合理性分析

收集鄰近地區(qū)與工程所在流域自然地理特性相近、暴雨及下墊面條件相似的水庫(kù)工程設(shè)計(jì)洪水資料，以及水文站實(shí)測(cè)流量資料，以P=0.1%、1%為例，點(diǎn)繪地區(qū)流量～面積關(guān)系曲線(xiàn)，見(jiàn)圖2 和圖3，桐城抽水蓄能電站上水庫(kù)點(diǎn)據(jù)在地區(qū)綜合線(xiàn)上，下水庫(kù)點(diǎn)據(jù)在地區(qū)綜合線(xiàn)稍偏上，流量- 面積關(guān)系符合地區(qū)綜合特性，說(shuō)明上、下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果合理。

圖2 桐城抽蓄鄰近地區(qū)Q0.1%-F 關(guān)系圖

圖3 桐城抽蓄鄰近地區(qū)Q1%-F 關(guān)系圖

6 結(jié)論

桐城抽水蓄能電站所在流域沒(méi)有實(shí)測(cè)暴雨洪水資料，通過(guò)分析周邊雨量站資料的測(cè)驗(yàn)情況，確定距離工程最近的唐家灣站、后沖站為暴雨計(jì)算的參證站，保證了設(shè)計(jì)資料的可靠性。

對(duì)比分析唐家灣站、后沖站實(shí)測(cè)短歷時(shí)降雨統(tǒng)計(jì)結(jié)果和安徽省暴雨等值線(xiàn)圖查算結(jié)果，確定后者為工程設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨成果。分別采用經(jīng)驗(yàn)公式法和瞬時(shí)單位線(xiàn)法計(jì)算上、下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水，上庫(kù)洪水分水面和陸面兩部分計(jì)算。洪水計(jì)算成果與相鄰流域測(cè)站、水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果一起繪制地區(qū)綜合線(xiàn)，經(jīng)分析，上、下水庫(kù)流量- 面積關(guān)系均符合地區(qū)綜合特性，洪水成果合理。

本文確定的參證站科學(xué)合理，計(jì)算方法切實(shí)可行，可為桐城抽水蓄能電站設(shè)計(jì)、防洪及調(diào)度運(yùn)行等提供技術(shù)依據(jù)，也可為類(lèi)似工程建設(shè)提供借鑒參考。經(jīng)計(jì)算桐城抽水蓄能電站上水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P=0.5%洪峰流量為49.9 m3/s，校核標(biāo)準(zhǔn)P=0.05%洪峰流量為70.6 m3/s，下水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P=0.5%洪峰流量為574 m3/s，校核標(biāo)準(zhǔn)P=0.05%洪峰流量為885 m3/s。