蘇子河姚家山水利樞紐工程水庫回水計算分析

何 淼

(遼寧省水資源管理集團有限責任公司，沈陽 110000)

1 工程概述

姚家山水利樞紐工程位于蘇子河干流的新賓縣上夾河鄉(xiāng)南溝村姚家山河北屯下游1.2km處，是蘇子河流域水能開發(fā)規(guī)劃中穆家水庫(大伙房水庫輸水工程出口)以下河段4級水電開發(fā)的第二級。姚家山水利樞紐工程是一座以發(fā)電為主，兼有防洪作用的中型水利水電樞紐工程。水庫總庫容5880萬m3，正常蓄水位183.0m，相應庫容3008萬m3。50a一遇洪水校核。攔河壩總長360m，其中溢流壩段長180m，擋水壩段長180m。

電站壩址處多年平均可用于發(fā)電的流量為73.96 m3/s。經(jīng)計算，電站總裝機容量為3.75萬kW，安裝3臺機組，單機設計流量為76.35 m3/s。電站多年平均發(fā)電量為9665.3萬kW·h ，其中調(diào)峰發(fā)電量為8917.0萬kW·h，常規(guī)發(fā)電量為748.3萬kW·h，機組平均年利用小時數(shù)為2577h，日調(diào)峰時間為8h。該電站為遼寧省迄今為止裝機容量最大的農(nóng)村水電站。

2 水文氣象

蘇子河流域屬大陸性季風氣候，地處中溫帶濕潤區(qū)，受山地氣候影響，冬寒夏爽，溫差大，氣侯較濕潤。流域內(nèi)多年平均氣溫5.1℃左右，最高溫度38.9℃，最低溫度-40.5℃。年平均降水量760mm，降雨在年內(nèi)分配極不均勻，6-9月約占全年降水的72%。多年平均蒸發(fā)量1050mm左右，最大風速為16m/s，最大凍土深139cm。

蘇子河干流先后設過五個水文測站，其中占貝站的資料系列較長(26a)，因此，本次以占貝站為基礎作為控制站，利用木奇、古樓和穆家水庫站的流量資料進行插補，占貝站資料經(jīng)過插補延長和還原計算后的天然徑流系列共計45a系列。根據(jù)系列代表性分析，系列資料較為完整可靠包括了豐、平、枯水年，具有代表性。

經(jīng)過頻率計算，姚家山電站壩址多年平均徑流總量為5.04×108m3，多年平均流量為15.98m3/s。50a一遇設計洪峰流量為3339m3/s，500a一遇校核洪峰流量為5989m3/s。

占貝站多年平均輸沙量為22.82萬t。由于上游穆家水庫的攔截，水庫基本屬清水下泄，下泄沙量有限。姚家山壩址多年平均沙量只考慮穆-姚區(qū)間泥沙來量，按穆-姚區(qū)間與占貝站面積比計算。經(jīng)計算姚家山壩址多年平均入庫沙量為1.2萬t。

3 水庫回水計算分析

3.1 淹沒補償洪水標準

姚家山水利樞紐工程的淹沒對象主要為耕地、園地、林地、農(nóng)村居民點、以及公路、電力、電信及水利等工程。根據(jù)水利部《水利水電工程建設征地移民設計規(guī)范》(SL290-2003)，并參電力部《水電工程水庫淹沒處理規(guī)劃設計規(guī)范》(DL/T 5064-1996)及姚家山水利樞紐工程運用方式，確定該工程淹沒補償處理的洪水標準為農(nóng)村居民點按20a一遇洪水標準，耕地按5a一遇洪水標準，林地按正常蓄水位考慮，見表1。

表1 姚家山水利樞紐工程不同淹沒對象淹沒補償洪水標準

3.2 起始水位與計算流量

姚家山水利樞紐工程建庫前的計算流量采用計算頻率洪水的設計峰值，起點水位由壩下水位流量關系查得。建庫后由于水庫對洪水的調(diào)蓄作用，回水計算按兩種情況考慮，一是最高庫水位及相應入庫流量，二是最大入庫流量(設計峰值)及相應庫水位，分別對溢流壩方案和閘壩方案進行回水計算。兩方案各頻率回水計算的起始水位根據(jù)水庫調(diào)洪成果確定。

兩方案各頻率水面線計算流量和起始水位詳見表2和表3。

表2 姚家山水利樞紐工程不同頻率起點水位及流量表(溢流壩方案)

表3 姚家山水利樞紐工程不同頻率起點水位及流量表(閘壩方案)

3.3 地形資料

本次回水計算的地形圖采用萬分之一軍委圖，計算中的斷面間距從萬分之一地形圖上量取。河道橫斷面則為現(xiàn)場測量的斷面資料，從姚家山至穆家水庫壩下的北頭子共布置有14個斷面。

3.4 糙率分析和選擇

蘇子河是一條山區(qū)和半山區(qū)河道，斷面形態(tài)為單一河槽。經(jīng)現(xiàn)場查勘，姚家山至丁山拐段基本屬砂礫石河床，丁山拐以上河床多有卵石。經(jīng)1995年洪水資料驗證結果，并參考糙率表經(jīng)驗值選用。上述各河段的斷面糙率為：姚家山壩址至丁山拐段n=0.032，丁山拐以上n=0.036。

3.5 水庫回水計算

姚家山水利樞紐工程正常蓄水位為183m，相應水庫面積為3.75km2。

水庫回水計算時，建庫后同一頻率洪水水面線均按最高庫水位與相應入庫流量和最大入庫流量與相應庫水位兩種情況考慮，最后取其二者外包線即為水庫建庫后的回水水面線。經(jīng)計算姚家山樞紐兩種布置方案(溢流壩方案和閘壩方案)的庫區(qū)回水計算成果見表4、表5。

表4 姚家山水利樞紐庫區(qū)回水計算計算成果表(溢流壩方案B=178m)

續(xù)表4 姚家山水利樞紐庫區(qū)回水計算計算成果表(溢流壩方案B=178m)

表5 姚家山水利樞紐庫區(qū)回水計算成果表( 閘壩方案 10×9m閘)

4 結 論

水庫淹沒范圍是依據(jù)不同防護對象的設計洪水標準，考慮庫區(qū)地質情況，按水庫回水計算成果確定。林地征用線按正常蓄水位183m考慮；耕地、園地征用線按5a一遇洪水回水曲線確定；人口、房屋、電信等專項設施遷移(征用)線按20年一遇洪水回水曲線確定。水庫回水末端按水利行業(yè)標準《水利水電工程建設征地移民設計規(guī)范》(SL290—2003)規(guī)定，水庫回水末端的設計終點位置，在庫尾回水曲線不高于同頻率天然水面線0.3m的范圍內(nèi)，一般可采取水平延伸至與天然水面線相交，以此確定水庫的淹沒范圍。姚家山庫區(qū)溢流壩方案回水末端為S7斷面，回水長度14.12km。