黑麋峰抽水蓄能电站下水库洪水调节分析与探讨.doc

黑麋峰抽水蓄能电站下水库洪水调节分析及探讨 摘要：抽水蓄能电站一般水库规模和坝址集雨面积相对较小，电站发电流量和发电调节水量所占比重大，发电流量对下水库洪水调节成果影响较大，本文结合黑麋峰抽水蓄能电站的特点，对其下水库洪水调度规则进行了研究，并根据调洪成果，对电站下水库洪水调度规则及调洪成果等进行了分析与探讨，可供类似抽水蓄能电站调洪计算提供参考与借鉴关键词：黑麋峰抽水蓄能电站；洪水调节；最高洪水位；发电流量叠加1 概述黑麋峰抽水蓄能电站位于湖南省长沙市北郊的黑麋峰风景区，紧邻湖南电网用电负荷中心长沙、株洲、湘潭地区，南距长沙市区仅25km，距湘潭、株洲也不足60km，地理位置优越电站建成后，将承担湖南电网调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用等任务，能有效缓解电网严重的调峰矛盾，解决湖南最大的用电负荷中心支撑电源不足、电网运行安全稳定性受到威胁等问题，对提高电网运行经济性，改善电网供电质量和维持电网安全稳定运行具有重要作用黑麋峰抽水蓄能电站总装机容量120万kW，上、下水库调节库容按满装机日等效发电5h设计，上水库正常蓄水位400m，死水位376.5m；下水库正常蓄水位103.7m，死水位65m，电站设计调节库容843.3万m3。

黑麋峰抽水蓄能电站按其装机规模确定为一等大(1)型工程，根据GB50201-94《防洪标准》和DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》的有关规定，上、下水库挡水建筑物及电站厂房防洪标准均按200年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核电站上水库集雨面积1.12km2，上水库200年一遇设计洪峰流量16.4m3/s，最大24h洪量27.82万m3，1000年一遇校核洪峰流量22.5m3/s，最大24h洪量39.8万m3；下水库集雨面积11.2km2，200年一遇设计洪峰流量93.5m3/s，最大24h洪量274.5万m3，1000年一遇校核洪峰流量130m3/s，最大24h洪量393.9万m3由于电站上水库集雨面积较小，仅1.12km2，为降低工程造价，工程设计时上水库未设置泄洪设施，其洪水位按24h暴雨形成的洪水水量全部蓄于正常蓄水位以上计算经计算，上水库200年一遇设计洪水位为400.67m，1000年一遇校核洪水位为400.95m电站下水库主坝为面板堆石坝，预可行性研究阶段设计泄流设施包括左岸开敞式溢洪道和放空底孔，可行性研究阶段经优化设计，确定取消开敞式溢洪道，将泄流设施由开敞式溢洪道和放空底孔联合泄洪改为仅由泄洪洞泄洪，其底板高程为68m。

2 洪水调度规则研究由于抽水蓄能电站上、下水库通过输水系统相连，上、下水库的水体在抽水和发电工况时相互交换，两库实际上成了一个整体，黑麋峰抽水蓄能电站下水库仅有泄洪洞作为泄洪设施，泄洪洞闸门控制灵活性有限，故洪水调度时，考虑按上、下水库水位(可调节水量)控制，当上、下水库可调节水量之和大于电站满装机日等效发电5h所需水量时，开启泄洪洞闸门泄洪，可由下式判断： (1)式中：为上水库i时刻水位，为上水库i时刻相应库容；为下水库i时刻水位，为下水库i时刻相应库容；为上水库死库容，为下水库死库容，电站满装机日等效发电5h所需调节库容根据上式，当且时，即可开启下水库泄洪洞闸门进行泄洪，但由于当下水库水位低于68m时多余水量无法下泄，设计时从偏安全角度考虑，并为了避免频繁开启泄洪洞闸门，结合电站洪水特性，洪水调度时考虑将常遇小洪水24h洪量(约40万m3，与下水库68m至死水位65m高程的调节库容相当)拦蓄在库内，即当遭遇常遇小洪水，在下水库水位低于正常蓄水位103.7m，而且上、下水库可调节水量之和小于+40万m3 (电站设计调节库容与下水库65.00~68.00m的库容之和)情况下，下水库不考虑开启泄洪设施。

即当且时，可不开启泄洪洞闸门进行泄洪另外，抽水蓄能电站洪水调节应考虑天然洪水与电站发电流量的组合，并进行滑动叠加，以寻求最不利的组合根据上述分析，并结合黑麋峰抽水蓄能电站自身特性，确定黑麋峰抽水蓄能电站下水库洪水调度规则如下：1) 从偏安全角度考虑，并为避免泄洪设施的频繁开启，当遭遇常遇小洪水，在下水库水位低于正常蓄水位，而且上、下水库可调节水量之和小于+40万m3时，不开启下水库泄洪洞闸门泄洪；当下水库超过正常蓄水位或上、下水库可调节水量之和大于+40万m3时，须开启泄洪洞闸门进行泄洪2) 当来水流量小于下水库水位相应的泄流能力时，按来水流量泄流，水库水位不变；当来水流量大于下水库水位相应的泄流能力时，按泄流能力下泄，水库水位自然壅高3) 在未出现洪峰流量以前，控制下泄流量不超过已出现的最大天然来水流量，出现设计洪峰流量后，下泄流量控制不超过设计洪峰流量，且应控制上、下水库可调节水量之和不少于电站满装机日等效发电5h所需调节库容4) 各频率洪水均考虑天然洪水和电站满装机发电5h流量进行叠加，并进行滑动叠加，以寻求天然洪水与电站发电最不利的组合，即调洪演算时，考虑电站满装机发电5h的流量与天然洪水不同时段进行叠加，求得不同组合时下水库坝前最高洪水位，然后取相应频率洪水坝前最高洪水位的外包线，即求得该频率洪水坝前最高洪水位及相应最大下泄流量。

3 洪水调节计算成果及分析根据确定的洪水调度规则，采用电站下水库设计的天然24h洪水过程线，下水库天然洪水过程线见图1，进行电站满装机发电流量与天然洪水不同组合情况时洪水调节计算，计算成果见表1表1 不同组合时下水库调洪成果表发电流量与洪水过程叠加时段200年一遇设计洪水位(m)1000年一遇校核洪水位(m)1h～5h102.32102.352h～6h104.92104.563h～7h104.43104.224h～8h104.02103.955h～9h103.85103.726h～10h103.77103.547h～11h103.62103.198h～12h103.35102.79坝前最高洪水位（取外包线）104.92104.56由图1和表5成果可知，典型洪水过程为单峰型，洪峰流量出现在第3h，满装机发电流量与天然洪水滑动叠加调洪成果表明，对于200年一遇设计标准和1000年一遇校核标准洪水，最不利组合均为发电流量叠加在天然洪水过程的2～6h时段，而且200年一遇洪水各种组合取外包线后设计洪水位为104.92m，高于校核洪水位经分析，这主要是由于电站满装机发电流量及调节水量大于天然洪峰流量及24h洪量，出现洪峰流量以前虽校核标准坝前洪水位高于设计标准坝前洪水位，但出现洪峰流量后，电站可按洪峰流量下泄，校核标准大于设计标准下泄流量，引起校核标准洪水水库水位上涨速率反而小于设计标准水库水位上涨速率，从而导致校核洪水位低于设计洪水位。

鉴于上述校核洪水位低于设计洪水位的情形，是否会出现更小的洪水其洪水位却更高呢？据此，按照相同的洪水调度规则，对100年一遇、50年一遇洪水进行洪水调节计算，求得相应坝前最高洪水位分别为104.62m、104.25m，均低于下水库设计洪水位，故下水库大坝按200年一遇洪水设计、1000年一遇洪水校核是安全的另外，黑麋峰抽水蓄能电站下水库设计、校核洪水位仅较正常蓄水位高1.22m、0.86m，抬高不多，故调洪计算时，厂房校核标准洪水以下均考虑电站满装机发电5h流量与天然洪水过程叠加是合适的4 洪水调节计算探讨结合黑麋峰抽水蓄能电站枢纽布置格局，根据上述研究确定的电站下水库洪水调度规则及计算成果，以下几方面值得进一步探讨：1) 抽水蓄能电站下水库泄洪设施一般由溢洪道和泄洪洞2部分组成，但黑麋峰抽水蓄能电站下水库仅设有泄洪洞经分析，下水库溢洪道取消后，工程投资可节省约2000万元，由于黑麋峰抽水蓄能电站下水库集雨面积较小，其设计、校核标准洪峰流量及24h洪量均小于电站满装机发电流量和发电调节水量，故泄洪设施取消溢洪道后，工程防洪仍是安全的2) 黑麋峰抽水蓄能电站下水库泄洪设施仅设有泄洪洞，且泄洪洞底板高程为68m，较死水位高3m，泄洪洞底板高程68m至死水位65m之间约40万m3水量无法泄放，泄洪洞闸门开启及下泄流量控制不是很灵活，故洪水调度规则确定按上、下水库可调节水量之和(即上、下水库水位状态)控制，而且当遭遇常遇小洪水，在下水库水位低于正常蓄水位，而且上、下水库可调节水量之和小于+40万m3时，可不开启下水库泄洪洞闸门泄洪，这是针对本电站泄洪设施设计特点研究确定的洪水调度规则。

3) 电站下水库洪水调度规则规定，在未出现洪峰流量以前，控制下泄流量不超过已出现的最大天然来水流量，出现设计洪峰流量后，下泄流量控制不超过设计洪峰流量按此洪水调度规则，出现了校核洪水位低于设计洪水位的情形上述分析了引起该情形的原因需要强调的是，当出现该情形时，应对低于设计标准的洪水进行洪水调节计算，以复核工程设计的安全性4) 抽水蓄能电站一般水库规模和集雨面积相对较小，电站满装机发电流量及发电调节水量所占比重较大，洪水调节时均应考虑与电站满装机发电流量叠加，黑麋峰抽水蓄能电站下水库校核标准以下均考虑了天然洪水过程与电站满装机发电5h流量滑动叠加，且坝前水位抬高不多，故厂房校核标准以下洪水均考虑叠加发电流量是合适的但对于有些受地形制约、枢纽布置空间较紧张，加大或增加泄洪设施工程投资增加较多的抽水蓄能电站，则应通过技术经济比较，分析确定发电流量与天然洪水叠加的洪水标准，在某标准(可以低于厂房校核标准)以下才考虑与发电流量叠加，对于大于该标准以上的洪水，洪水调节时不考虑电站发电或仅考虑部分机组发电5 结语综上所述，抽水蓄能电站洪水调节计算与常规水电站差异较大，需根据各自工程的特点，分析研究适应工程的洪水调度规则，并应对调洪成果进行认真分析。

本文结合黑麋峰抽水蓄能电站的特点，对其下水库洪水调度规则进行了研究，并对电站洪水调度规则及调洪成果等进行了分析与探讨，可供类似抽水蓄能电站调洪计算提供参考与借鉴。