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仙游木兰抽水蓄能电站泥沙冲淤和水库回水分析

2025-06-22 70 上传者：管理员

摘要：以仙游木兰抽水蓄能电站为研究对象,从水库库区泥沙输移量、淤积量和回水计算三个方面展开研究,计算分析电站建成后库中的泥沙淤积以及水库回水情况,结论可为电站后期运行管理方面提供技术参考和帮助,提高电站效益。

关键词：
抽水蓄能电站
水库回水计算
水文学及水资源
泥沙淤积
电站效益
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1、工程概况

福建仙游木兰抽水蓄能电站位于仙游县社硎乡和菜溪乡交界处,站址地处福建沿海中部,电站邻近负荷中心和电源中心,与福清核电､莆田平海湾､南日岛等海上风电场距离近,地理位置优越,是福建省中远期理想的填谷调峰电源｡工程开发任务为承担福建电网调峰､填谷､储能､调频､调相和紧急事故备用等｡电站建成后,将提高福建电网的调峰能力和快速反应能力,改善电网的供电质量,维护电网安全､稳定､经济运行｡

2、流域泥沙输移分析

该工程位于闽东南沿海低山丘陵地区,流域下游为美丽富饶的兴化平原,气候温暖湿润｡上､下水库坝址以上流域,山坡林木茂密､植被良好,上水库库盆为梯田,下水库溪沟河床为砂砾石,局部地区有漂石､卵石｡工程上游建有塘西水库,下游建有双溪口水库,水库蓄水常年清澈,库底淤积少｡

仙游木兰抽水蓄能电站设计流域内泥沙资料参照木兰溪干流濑溪站的输沙模数,拟定上下库年平均悬移质[1]输沙模数为300t/km2｡

下水库上游现状已建山门水库､九仙溪一级电站､塘西水库｡九仙溪一级电站从大樟溪支流九溪跨流域引水发电,多年平均引水量8450万m3｡经一级电站发电后,进入山门水库,再经二级电站发电后进入塘西水库｡经塘西水库调节后再通过引水隧洞引至下水库下游的三级电站发电,年均发电引水流量12937万m3｡

塘西水库坝址以上集雨面积41km2,占下水库坝址以上流域面积的78%｡总库容1017万m3,调节库容557万m3,为年调节水库｡塘西水库多年平均入库流量包括外流域引水8450万m3,本流域天然径流5118万m3,合计13568万m3,年均生态下泄流量512万m3,年均弃水119万m3,绝大部分水量通过发电引水隧洞引水至木兰抽水蓄能电站下游发电｡因此,不考虑外流域引水新增本流域沙量问题｡

下水库考虑塘西水库大坝拦蓄的影响,推移质泥沙全部淤积在塘西水库库内,悬移质泥沙经塘西水库拦蓄后随弃水及生态流量下泄｡根据经验布伦公式计算,塘西水库拦沙率为86%[2]｡悬移质入库沙量成果见表1｡

表1悬移质入库沙量成果表

本次分析推移质输沙量按悬移质输沙量30%进行经验估算,见表2｡

表2悬移质入库沙量成果表

3、水库泥沙淤积计算条件和计算方法

3.1水库泥沙淤积计算条件

(1)水库特性

上水库正常蓄水位和死水位分别为857m和824m,相应库容分别为665万m3和33.7万m3,总库容701万m3,兴利库容631万m3｡下水库正常蓄水位和死水位分别为260m和234m,相应库容分别为873万m3和170万m3,总库容927万m3,兴利库容703万m3｡

(2)水库拦沙率

仙游木兰抽水蓄能电站上下水库的悬移质排沙比根据经验布伦公式估算,其中悬移质泥沙干容重取1.2t/m3,推移质泥沙干容重取1.4t/m3｡

式中:V为水库平均蓄水容积,本次以调节库容计算,m3;W入为多年平均入库水量,m3;λ为拦沙率,%｡

式中λ､V､W入均以百分数形式表示,经计算λ=95%,即拦沙率为95%｡

(3)多年平均淤积沙量

仙游木兰抽水蓄能电站上水库集雨面积小,按悬移质及推移质泥沙全部淤积在库内估算,多年平均悬移质淤积沙量为197t(合164m3),推移质淤积沙量59t(合42m3),多年平均总淤积沙量256t(合206m3)｡

下水库悬移质拦沙率按95%,推移质按全部淤积在库内估算｡多年平均悬移质淤积沙量为5113t(合4261m3),推移质淤积沙量1098t(合784m3),多年平均总淤积沙量6211t(合5045m3)｡

3.2泥沙淤积估算方法本次分析采用两种经验公式进行水库淤积形态判别｡(1)判别式一:

式中:V为水库总库容,m3;Ws为水库多年平均入库沙量,m3;J0为库区原河道比降,以万分率计｡

α'为淤积形态判别系数,具体为:α'>2.2时为三角洲或带状淤积,α'

(2)陈文彪､谢葆玲公式:

式中:Ws为水库多年平均入库沙量,m3;W为多年平均入库水量,m3;H为坝前平均水深,m;ΔH为水库平均水位变幅,m;Φ0.04时为三角洲淤积｡

根据以上公式计算得到下水库Φ=0.027<0.04｡

由上两公式可初步判别为带状淤积｡下水库水位变动大,而库形狭窄,沙量较少,易形成带状淤积｡因此下水库按带状淤积分布估算｡

3.3水库泥沙淤积估算

(1)上水库

上水库库流域面积只有0.657km2,且上水库进水口位于坝前｡因此,上水库泥沙淤积按照入库泥沙全面落在死库容内考虑｡上水库年均输沙总量206m3,运行100年上水库累计淤积量为2.06万m3,淤沙高程为810.8m｡上水库进水口开挖平台高程为824m,因此,上水库泥沙淤积对电站正常运行不会产生不利影响｡

(2)下水库

下水库正常蓄水位和死水位分别为260m和234m,相应库容分别为844万m3和157万m3,总库容910万m3｡下水库正常蓄水位时的库沙比为1586,即使按死库容计算的库沙比为242,库沙比大于100｡因此下水库泥沙问题不突出｡

根据上述分析下水库泥沙淤积形态基本以带状淤积为主｡下水库坝址年均输沙总量为6480t,考虑下水库的拦蓄作用,下水库拦沙率为95%｡下水库运行100年的淤积总量为50.4万m3,约占死库容157万m3的32.1%｡

下水库进出水口位于下水库坝址上游约740m处右岸,河底高程220m,进出水口底板高程为219m,拦沙坎高程227.3m｡按带状淤积估算,下水库运行100年后进出水口位置泥沙淤积高程为227.3m､坝前淤积高程为216.8m｡因此,下水库泥沙淤积对电站正常运行不会产生不利影响[3]｡下水库各断面泥沙淤积情况见表3,泥沙淤积后纵断面见图1｡

表3下水库各断面泥沙淤积情况统计表

图1仙游木兰抽蓄下水库库区泥沙淤积后纵断面成果图

4、水库回水计算

4.1计算依据和工作内容

根据《水电工程建设征地移民安置规划设计规范》(DL/T5064-2007)和《水电工程建设征地处理范围界定规范》(NB/T10338-2019)等规定要求,选定库区不同淹没对象的设计洪水标准,计算相应的河道天然水面线和水库回水水面线,在回水曲线与同频率天然水面线差值等于0.3m处作为水库回水末端的设计终点位置,在回水末端断面设计洪水高程水平延伸至与天然河道多年平均流量水面线相交处作为水库淹没处理范围终点位置[4]｡

上水库坝址控制流域面积为0.657km2,河道坡降大､河道距离短､流量小｡上水库库盆内以林地为主,有少量房屋分布,由于上水库为集水面积较小的天然库盆,且库面所占集水面积比重较大,周围为陡峭的库岸,洪水时为急流状态,不会产生回水上延,而且建库后上水库需进行库盆开挖,开挖后水库为盆状,库周为高边坡｡因此,上水库不存在回水上延问题,本阶段不进行回水水面线计算｡

下水库坝址控制流域面积为53.2km2,库区内的淹没对象主要有耕地､居民点､林地等,其中耕地､园地水库淹没处理的设计洪水标准拟按P=20%;农村居民点､乡级公路水库淹没处理的设计洪水标准拟按P=5%;林地､草地征用界线拟按水库正常蓄水位确定｡

4.2回水断面布设

根据下水库所在河道地形､沿程坡降变化及库区耕地和居民分布情况,在库区主河道长2.4km河段,共布设并测量18个控制性断面,库区回水断面布置见图2｡

图2仙游木兰抽蓄电站下水库回水断面布置图

4.3河道糙率选用

仙游木兰抽蓄下水库回水影响范围主要为坝址以上的山区河段,该河段两岸皆山､植被茂盛,河床多有砾石､杂草,河水在群山之中蜿蜒东流,河段糙率较大｡经实地查勘了解的河床组成､床面及岩壁特性等,经综合分析选用河道糙率,选用的糙率值介于0.045~0.065之间｡

4.4起推水位和洪峰流量

建库前起推水位为下水库坝址处天然水位,根据水库坝址各设计频率的洪峰流量,查坝址水位~流量关系曲线求得｡建库后起推水位为下水库各设计频率的最高洪水位｡设计洪峰流量与起推水位表见表4｡

表4设计洪峰流量与起推水位表

4.5回水计算方法

利用河道恒定非均匀流基本方程式,并考虑流速水头影响｡式中:Z为断面水位,m;L为河段长度,m;R为水力半径,m;n为糙率系数;ξ为扩散､收缩损失系数,m;g为重力加速度,m/s2｡

其中脚标2､1代表河段上､下断面｡采用试算法自下而上进行逐段回水计算｡

4.6水库回水计算成果

下水库回水计算成果见表5｡由表5可知,仙游木兰抽水蓄能电站下水库库区回水末端的设计终点在X13断面附近,回水长度约2.1km｡仙游木兰抽蓄电站下水库回水水面线见表5｡

表5仙游木兰抽蓄电站下水库回水水面线成果表

5、结语

福建省仙游木兰抽水蓄能电站上水库年均输沙总量206m3,运行100年上水库累计淤积量为2.06万m3,淤沙高程为810.8m,上水库进水口开挖平台高程为824m,因此,上水库泥沙淤积对电站正常运行不会产生不利影响｡下水库运行100年后,进出水口位置泥沙淤积高程为227.3m､坝前淤积高程为216.8m｡因此,下水库泥沙淤积对电站正常运行不会产生不利影响｡

参考文献:

[1]王涛.某新建中型水库工程泥沙淤积及回水计算分析[J].陕西水利,2022(3):35-37.

[2]余中平.吉尔格勒德水库泥沙淤积形态分析与回水计算[J].陕西水利,2022(2):40-41,49.

[3]何淼.苏子河姚家山水利枢纽工程水库回水计算分析[J].黑龙江水利科技,2022(1):111-113.[4]赵禄山.后场箐水库泥沙淤积及回水计算,[J].林业建设,2020(2):74-78.

文章来源:陈兆昱.仙游木兰抽水蓄能电站泥沙冲淤和水库回水分析[J].陕西水利,2025,(06):169-171.