湖北碾盘山水电站洪水标准的研究

【摘要】水利水电枢纽工程在拟定洪水标准时，既要按照规程规范，又要充分结合工程实际特点，碾盘山工程在考虑了河道洪水宣泄方式、河道允许最大安全泄量及河道极限最大泄量的情况下，合理选择洪水标准，将校核洪水标准定为500年一遇，不仅满足了工程安全需要，而且节省了投资。

【关键词】水电站；洪水标准；研究

一、工程基本情况

碾盘山水电站坝址位于湖北荆门钟祥市城区上游10km的沿山头，根据预可行性研究阶段的设计成果，推荐枢纽正常蓄水位50.72m（黄海高程），相应库容8.77亿m3，校核洪水位50.81m，相应总库容8.95亿m3，电站装机容量200MW，多年平均发电量6.41亿kW·h。河段航道标准为Ⅲ级，船闸设计标准为1000t级。工程的开发任务为发电、航运，兼顾灌溉与旅游等综合利用。

工程等别为Ⅱ等工程，电站主要由泄水闸、船闸、电站厂房及鱼道等建筑物组成；泄水闸、电站厂房、船闸、鱼道等主要建筑物为3级；泄水闸进出口导墙、连接交通桥等次要建筑物为4级，施工围堰、导流明渠等临时建筑物为5级。

二、洪水标准比选

（一）洪水标准初拟

根据本工程主要建筑物级别，按规范《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL/5180-2003）6.0.2规定“当平原、滨海区水工建筑物挡水高度高于15m，且上下游最大水头差大于10m时，其洪水设计标准宜按山区、丘陵区标准确定。”本工程虽然属鄂中丘陵与汉江平原的过渡带河槽型水库，但最大水头差11.22m，（上游正常蓄水位50.72m，下游最低通航水位39.50m），上游最大挡水高度15.72m（左岸土石坝段建基面高程35m）。按规范要求，碾盘山枢纽洪水设计标准宜按山区、丘陵区标准确定。初拟本工程洪水标准为100年设计、1000年校核。

（二）洪水标准分析

1 坝址处河道泄量

根据调洪成果，碾盘山坝址处1000年一遇洪水洪峰流量为52500m3/s。由于本工程为河槽型水库，水库库岸为汉江干堤，大坝右岸为岗地、左岸为汉江干堤中直堤，并与上游自然岗地连接。千年一遇洪峰坝前汇流35300m3/s，中直堤漫溢17100 m3/s。

2 碾盘山坝址河段的现状行洪能力

碾盘山坝址河段的洪水由丹江口水库下泄流量与丹江口-碾盘山区间流量组合确定。

丹江口水库目前按照补偿调节、分期预留防洪库容及杜家台分洪工程、中游民垸分洪配合运用的洪水调度方式。

根据河道泄洪能力及洪水调度方式，汉江中下游河段的现状防洪能力大致是：在长江水位较低时，依靠水库和堤防工程，可防御5年一遇洪水；依靠水库、堤防工程和运用杜家台工程分洪，可防御20年一遇洪水；在水库、堤防、杜家台分洪工程及中游民垸分洪等设施的理想调度和运用下，可防御1935年实际洪水（相当于百年一遇）。

碾盘山河段现状泄量27000-30000m3/s，超过该泄量的洪水已经通过其他通道宣泄至下游，洪水无法全部在坝前汇流。其中汉江中游共设置14个分蓄洪民垸，碾盘山坝址以上共有8个，按照以上调度运用方式，碾盘山坝址处洪水流量达到百年一遇时，以上8处民垸已经扒口泄洪。

碾盘山坝址河段的现状行洪能力也可以通过碾盘山坝址水位流量关系估算。

碾盘山坝址水位流量关系采用两种方法进行推算：A水位相关法，根据1974年碾盘山与皇庄站同时比测的实测水位相关图，将皇庄水文站-流量关系上移至碾盘山，参照1983年坝址上游2.6km的杨湾闸水位拟定至26000m3/s流量级；B按坝址实测断面及流量成果用曼宁公式计算。上述两种方法推算的结果较接近，低水采用曼宁公式计算结果，经1992年坝址低水实测水位流量成果验证基本合理，26000m3/s按水位相关成果，26000m3/s以上用H-A-Q外延，同时参照1935年调查洪水进行修正。

3 碾盘山坝址河段的安全泄量分析

丹江口水库续建完成后，预留防洪库容将达到80.1-110亿m3，为更好发挥丹江口水库的防洪作用，其洪调方式仍采取补偿调节、分期预留防洪库容及下游杜家台分洪工程、中游民垸分洪配合运用的洪水调度方式。即按照“预报预泄、补偿调节、分级控泄”的原则进行洪水调度。

丹江口水库根据碾盘山预报流量进行预泄：夏（秋季），碾盘山预报流量大于等于5000（10000）m3/s时，丹江口水库开始预泄。分级控泄以碾盘山为控制点，即丹江口水库泄放流量时，按丹江口以下丹-碾区间（含南河、唐白河）洪水来量大小来确定泄放流量，以达到控制碾盘山河段泄量的目的。

碾盘山河段防洪控制允许泄量为20000-21000m3/s，坝址河段最大允许泄量为30000m3/s，若按水位平现状堤防顶部高程的河道最大泄量为32000m3/s；若按水位平加固后的中直堤顶部高程的河道最大泄量为33263m3/s。

由以上分析和计算可知，1000年一遇洪水52500m3/s根本无法真正在坝址处形成，除了河道允许的流量外，其余超过部分流量将从坝址上游中直堤及左坝头至左侧岗地间平原地带组成的行洪通道泄放至坝下游。超过32000m3/s和33263m3/s两种泄量是在假设水位平中直堤堤顶，且堤防仍是安全的前提下的最大泄量。

因此，从河道安全泄量来看，碾盘山坝址河道的安全泄量不宜超过30000m3/s。

三、投资初步分析

若考虑千年一遇洪水52500m3/s均通过坝址泄洪至下游，需设置42孔泄水闸，并将采取分期导流，工期也将大幅度增加，初步估算，枢纽工程投资将增加6亿元。

四、结论

根据碾盘山河道洪水的宣泄方式、河道允许最大安全泄量、河道极限最大泄量的比较，以及投资对比分析，碾盘山工程洪水标准按100年设计、校核洪水标准按500年设计（河道最大过流能力30000m3/s，与500年一遇洪水标准29800m3/s相当）是合适的、安全的。