水电站大坝最小下泄流量的分析

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1前言

　　在小水电开发建设过程中，过去考虑较多的是对区域经济的发展和发电效益，而对保护生态水环境考虑的较少，如不考虑电站大坝最小下泄流量而引起下游河段水环境恶化等问题，已越来越引起社会各界的关注。特别是引水式电站，由于其大坝与厂房之间往往会形成一定的脱水段，脱水段的形成必然会给下游生态环境造成一定的影响。如何确定大坝下泄最小流量，才能满足下游生态环境需水量的要求呢，国内外有许多学者提出了各种生态环境需水量计算方法，如湿周法、河道内流量增加法、“R2CROSS法”、最枯月平均流量法等等，但是在我国目前还没有一个统一的计算标准。本文结合《福建省将乐县邓坊一级电站》实例，用代表年法和长系列法，对大坝下泄最小流量的确定进行了分析和初步探讨。

　　2工程概况

　　邓坊一级电站位于福建省将乐县高塘镇邓坊村境内的邓坊溪河畔，为一引水式电站。坝址以上集雨面积10.5k㎡，流域内多年平均降雨量1724.4mm，坝址断面多年平均径流量959.6万m³，多年平均流量0.304m³/s。工程拟建拦河坝高4.6m，至压力前池间输水系统长2.6km，其中隧洞长1.7km，明渠长0.9km。电站设计水头183.9m，设计发电流量0.46m³/s，装机2×320kw。

　　邓坊溪属金溪水系，发源于福建省将乐县万安镇的孔坪自然村，流经邓坊、陈坊、蛇尾、下芦，于尧坑注入金溪干流。流域面积46k㎡，河道天然落差1060m，其中可利用落差680m。流域内林深坡陡，地表植被较好。

　　3径流分析

　　邓坊溪流域内无实测水文资料，流域降雨量采用邻近周边气候、下垫面条件基本一致的高滩、万安两个雨量站实测资料分析计算。高滩雨量站有1956--1995年实测降雨资料，万安站有1956--1958年、1961--2002年实测降雨资料。建立高滩、万安两站降雨相关关系，分别插补两站缺测年份的降雨量，并以高滩、万安同期年降雨的算术平均值组成邓坊溪流域1956--2002年降雨资料系列。经频率分析适线，求得设计流域年降雨统计参数：

　　Xo=1724.4mm，Cv=0.19，Cs=2Cv流域内无实测径流资料，设计年径流采用径流系数推求。为分析比较，采用以下几种方法推求设计年径流系数：

　　（1）金溪上游建宁站实测多年平均径流系数，α=0.56；

　　（2）富屯溪支流仁寿河的河墩站实测多年平均径流系数，α=0.53；

　　（3）福建省最新水文图集法分析，α=0.52；

　　（4）根据本流域年陆地蒸发量为770mm，按照水量平衡方程式，分析多年平均径流系数，α=0.555。

　　综上分析，确定电站坝址流域多年平均年径流系数采用α=0.53。则邓坊溪一级电站坝址流域多年平均径流深Ro=1724.4×0.53=913.9mm，径流变差系数按下式经验公式计算：

　　Cvy=Cvx/（αn＋0.06LgF）

　　上式中：Cvy--径流变差系数；

　　Cvx--年降水变差系数；

　　α--多年平均径流系数；

　　n--指数，三明市采用1.0-1.2；

　　F--设计流域面积（k㎡）。

　　从而求得邓坊一级电站坝址年径流参数：

　　R=913.9mm，Cv=0.32，Cs=2Cv

　　4枯水径流分析

　　4.1代表年法

　　根据设计流域P=90%枯水年的年径流值，选择建宁水文站年径流特征相近的1971年实测逐日平均流量，作为枯水典型年的年内分配过程，并按同倍比缩放到设计站，即得邓坊一级电站坝址P=90%枯水年逐日平均流量。从而求得坝址枯水年最小月平均流量为0.073m³/s；最小日平均流量为0.055m³/s。

　　4.2长系列法

　　以建宁水文站实测资料系列，分别以年最小月平均流量、年最小日平均流量选样，经频率分析求得邓坊一级电站坝址多年平均最小月流量为0.071m³/s，P=90%最小月平均流量为0.046m³/s；P=90%最小日平均流量为0.026m³/s。

　　4.3代表年法和长系列法成果分析代

　　表年法、长系列法分析的枯水径流比较如表1：

　　表1 不同方法分析的枯水径流成果比较表

　　流量计算方法枯水平均流量

　　最小月平均流量

　　最小日平均流量

　　代表年法 0.073 0.055

　　长系列法 0.071 0.026

　　相差值（%）2.84 7.3

　　从上表可以看出，用代表年法计算的最小月平均流量与长系列法计算成果相比，两者相差不大。但两种方法计算的最小日平均流量相差近50%。由此我们可以说明：

　　（1）长系列法是通过几十年的实测资料系列求得的流量值，更接近天然状态下的枯水流量，但一般情况下，要取得长系列实测资料很难；

　　（2）在没有长系列实测资料的情况下，用代表年法计算的最小月平均流量能满足设计精度要求；

　　（3）采用代表年法分析的流量可以满足生态用水量的要求。

　　5结论
　　为了满足大坝下游河道水生态环境最小用水量要求，保持电站大坝下泄的最小流量是非常必要的，尤其是引水式电站工程，其大坝至发电厂房河段，将形成不同程度的脱水段，最小下泄流量值的确定显得尤为重要。在目前对拦河坝必须放的最小流量的设计标准尚未明确前，我们认为用代表年法，采用P=90%枯水年的最小月平均流量可以满足下游生态需水量的要求。