水口水电站尾水位复核分析

水口水电站尾水位复核分析

詹 敏

福建水口发电集团有限公司 福建 福州 350004

摘要：该文以水口水电站坝下水位治理与通航改善工程（简称水口坝下水位治理工程）设计资料为依据，分析绘制了水口坝下水位治理工程建成后的水口水电站尾水位流量关系；并按水口坝下治理工程建成后水口水电站发电厂房设计洪水、校核洪水时的相应泄量，推算出尾水位，与水口电站原设计尾水位进行了比较，得出了水口水电站尾水位受水口坝下水位治理工程建设的影响差值，可供运行管理者参考。

关键词：水口水电站 设计尾水位 复核 分析

１ 前言

水口水电站位于福建闽江干流河段，是以发电为主、兼有航运等综合效益的大型水电工程。本世纪以来，水口水电站下游河床下切速度明显加剧，下游水位持续呈逐年下降趋势，导致水轮机组运行条件严重偏离设计运行范围，并造成通航建筑物航运过坝运行环境进一步恶化，并对水库正常调度运用产生更严重的影响。

为抬高水口水电站下游水位，满足闽江通航和水轮机吸出高度达到原设计要求，2015年8月水口坝下水位治理工程正式动工，坝址位于水口电站下游约9km的闽江河段上。工程设计总工期59个月，总投资概算27.18亿元。随着水口坝下治理工程建设的不断推进，其抬高水位对水口电站尾水位的回水影响程度，会不会降低水口水电站尾水平台的防洪标准，亦越来越受关注。

２ 流域工程概况

2.1 水口电站

水口水电站总装机容量为7×200MW，设计多年平均发电量49.5亿kWh。水库大坝属一等工程，电站枢纽由混凝土重力坝、发电厂房、泄洪建筑物及开关站组成。拦河坝为混凝土重力坝，防洪标准按0.1%洪水设计、0.01%洪水校核；发电厂房按1%洪水设计、0.1%洪水校核，初设阶段1%、0.1%频率尾水调洪最高水位分别为29.75m、33.39m。水库正常蓄水位65.0m，主汛期4-7月防洪限制水位61.0m，死水位55.0m。

通航建筑物由船闸和升船机组成，通航最大吨级2×500t。水口船闸投运后，由于下游水位的不断持续下降，满足四闸首槛上水深（对应水位6.1m）的最小通航流量逐年提高，原设计航运基流为308 m³/s，2000年加大至800 m³/s，2010年需加大至2800m³/s时，2019年当水口出库流量3200 m³/s（须库水位低于59.5m，水口、嵩滩埔两站满发运行）且遭遇闽江口高潮顶托上溯时船闸出口水位才短时达到6.1m，造成闽江航运问题更趋突出，水库运行环境进一步恶化，亦使水库正常调蓄功能受到更大程度的制约。为解决船舶压港问题，不得不动用库蓄水量，致使枯水期水库长时间处于低水位运行，亦制约了水口电站的调峰、调频功能。

2.2 水口坝下水位治理工程

水口坝下水位治理工程位于水口水电站下游约9.0km的闽江干流河段，区间总集水面积为384km²，其建设任务：(1)抬高水口水电站通航建筑物下游口门区水位，保证在基荷流量（308m³/s）下即可满足通航要求，改善通航条件；(2)抬高水口水电站尾水水位，满足水口水电站水轮机吸出高度达到原设计要求，保证机组的正常稳定运行。

本工程主要建筑物包括挡水建筑物、泄洪消能建筑物和通航建筑物等组成，按2%洪水设计、1%洪水校核，正常蓄水位为7.64m，设计洪水位23.6m，校核洪水位24.86m，总库容为8975万m³。泄洪建筑物布置在主河床，为无闸门控制的自由溢流坝，堰顶高程为6.96m，长度340m；泄洪建筑物下游接消能建筑物，采用底流消能。

根据工程设计，挡水建筑物主要釆用无闸门控制的自由溢流低堰，对洪水没有调节和控制功能。工程建成后，在枯水期电站下泄308m³/s航运基流时，使水口水电站下游水位抬高至7.65m，满足最低通航水位7.64m的要求；当水口水电站加大发电流量和泄洪时，工程自由溢流泄洪；当水口水电站机组满发流量达3934m³/s时，对应水口坝下水位抬高至11.3m，较现状相同流量对应的水位抬高约1.83m，使得水口水电站机组淹没水深不足、水轮机吸出高度比设计临界值小这一问题将得以解决。

3 尾水位复核分析

3.1 尾水位流量关系

由于水口坝下水位治理工程正在建设阶段，缺乏实测资料推算水口水电站坝下水位流量关系，本次复核分析引用2018年南京水利科学研究院《福建水口电厂机组增容改造工程多年平均发电量复核报告》水力学方法计算的水口坝下水位治理工程建成后水口电站尾水位流量关系曲线，并采用经验趋势法，进行适当的高水外延处理，成果见下图1。

3.2 尾水位特征值比较

依据上图1中的水口电站尾水位流量关系曲线，仍采用初设阶段的水口电站各频率设计洪水调洪最大泄量，查算水口坝下治理工程建成后相应的水口电站尾水位，并与初设调洪成果对比，详见下表1：

表1 水口电站各频率设计洪水不同时期尾水位成果表

与初设调洪成果相比，水口坝下治理工程建成后，两年一遇等小洪水的水口电站尾水位仍有降低，十年一遇到百年一遇之间中、大、特大洪水的水口电站尾水位略有降低但基本接近，千年一遇等稀遇洪水的水口电站尾水位略有抬高。

3.3 尾水平台运行工况

按水口坝下治理工程可行性研究阶段设计成果，水口电站p=1%、p=0.1%洪水相应最大泄量分别为35500 m³/s、43900 m³/s，比初设调洪成果略有提高，据此推算水口坝下治理工程建成后的水口电站尾水位，由此得到设计及校核洪水时水口坝下治理工程建成前、后的水口电站下游尾水位成果，详见下表2：

表2 水口电站下游设计尾水位及相应泄量成果表

与初设调洪成果相比，水口坝下水位治理工程建成后，虽水口水电站p=1%洪水段的尾水位流量关系曲线略有降低，但相应最大泄量35500 m³/s比初设调洪成果提高500 m³/s，水口电站尾水位亦抬高0.17 m；而水口水电站p=0.1%洪水段的尾水位流量关系曲线本身就略有抬高，相应最大泄量43900 m³/s又比初设调洪成果略提高300 m³/s，两个因素的作用叠加，水口电站尾水位抬高了0.39 m。

根据《水电站厂房设计规范》（NB 35011-2016）3.1.9关于厂房的防洪设计应符合下列规定：“……厂房下游挡水部位顶部的安全超高在设计洪水时不应小于0.5m，在校核洪水时不应小于0.3m。”经复核水口坝下治理工程建成前、后水口电站下游尾水平台高程设计值，详见下表3：

表3 水口电站尾水平台高程设计值统计表

现有水口电站厂房下游尾水平台高程为34.00 m。根据上表2、3成果可以看出，水口坝下治理工程建成后的水口电站下游尾水平台校核洪水工况略高于现有尾水平台0.08m，但33.78m洪水位仍低于现有尾水平台高程，仅安全超高略有降低。

4 结语

本次复核分析表明，与初设调洪成果相比，水口坝下水位治理工程建成后，水口水电站p=1%、p=0.1%洪水的尾水位分别抬高了0.17 m、0.39 m；按现有水口水电站厂房下游尾水平台高程34.00 m，水口坝下水位治理工程建成后的水口电站下游尾水平台校核洪水（p=0.1%洪水相应最大泄量43900 m3/s）工况略高于现有尾水平台0.08m，但33.78m洪水位仍低于现有尾水平台高程，仅安全超高略有降低。

参考文献

〔1〕水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院.福建水口电厂机组增容改造工程多年平均发电量复核报告〔R〕.福州：2018.

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