营口水电站工程水文信息分析毕业设计.docx
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营口水电站工程水文信息分析毕业设计
营口水电站工程水文信息分析
【摘要】本文根据营口水电站建设可行性,对该流域的工程水文信息进行分析,以确定是否符合水文水资源规划的要求。
【关键词】营口水电站;径流;洪水;水文流量关系
一、工程概况
营口水电站位于安远县中北部的蔡坊乡境内,距县城40km,营口水电站坝址位于东径115°28',北纬25°17',属赣江水系濂江河一级支流大脑河支流九角河,控制流域面积25.1km2,河流长度10.3km,河道加权平均坡降33.9‰,流域内崇山峻岭,森林茂盛,植被覆盖良好,无水土流失之患,河流自然落差大,降水量充沛,多年平均降水量1562mm,蔡坊乡至营口有林区公路通过厂址,交通便利。
流域内高山峻岭,河流湍急,基岩裸露,森林茂盛,人烟稀少,植被覆盖良好,无水土流失之患。
营口水电站是一座以发电为主,结合防洪等综合利用的小型水利枢纽工程,该电站是大脑河支流九角河梯级开发的第二级水电站,开发方式是隧洞引水式开发。
电站主要建筑物由大坝、引水隧洞、压力钢管、及发电厂房等组成,电站装机3台,容量820kw,大坝为砼砌块石单曲拱坝,最大坝高31.5m,坝顶宽3m,溢流坝顶长20m,坝顶采用实用堰无闸自由泄流,发电引水隧洞布置在大坝右岸,全长1106m,隧洞开挖直径1.8m。
发电厂房为地面式厂房,厂房平面尺寸为14.459m×7.18m×5m(长×宽×高)。
二、水文气象情况
1、流域概况
营口水电站位于安远县中北部的蔡坊乡境内,距县城40km,营口水电站坝址位于东径115°28',北纬25°17',属赣江水系濂江河一级支流大脑河支流九角河,控制流域面积25.1km2,河流长度10.3km,河道加权平均坡降33.9‰,流域内崇山峻岭,森林茂盛,植被覆盖良好,无水土流失之患,河流自然落差大,降水量充沛,多年平均降水量1562mm,是安远县水力资源较丰富的河流之一。
2、水文气象资料
本流域属亚热带东南亚季风气候区,气候温和,降水充沛。
据安远气象站的多年资料统计,多年平均气温18.9℃,极端最高气温38.5℃,极端最低气温-6.5℃,多年平均蒸发量1373.7mm。
流域内暴雨类型主要有锋面雨和台风雨,锋面雨一般出现在4~6月,台风雨一般出现在7~9月,一次暴雨持续时间在3d以内,并以1d为多。
降水量在年际及年内分配极不均衡。
据高云山站的多年资料统计,多年平均降水量为1620.8mm,年最大降水量2333.2mm(1975年),年最小降水量为1066mm(1971年),年变率为2.19倍,最大一日降水量198.7mm,出现在1978年7月30日。
坝址设计洪水采用《江西省暴雨洪水查算手册》中推理公式法进行计算,设计洪水成果5年一遇(P=20%)设计洪峰流量135m3/s,10年一遇(P=10%)设计洪峰流量205m3/s,20年一遇(P=5%)设计洪峰流量315m3/s,100年一遇(P=1%)设计洪峰流量477m3/s。
由于坝址无实测泥沙资料,而流域内植被良好,自然地理和下垫面与上犹江水库相似,所以,本阶段水库泥沙淤积参照上犹江水库实测泥沙资料用类比法估算,据上犹江水库多年实测泥沙淤积资料统计,多年平均淤积量约为0.0124万m3/km2,水库使用年限按30年计,计算得营口水库泥沙淤积量约为9.34万m3,查水位库容曲线水库可能的淤积高程为282.90m。
3、水文测站及资料情况
①中心潭专用水文站
为兴建蔡坊水电站的需要,1984年5月设立中心潭专用水文站,控制流域面积112km2,观测的项目有水位、流量,1985年12月底撤销,有完整的自1984年6月~1985年12月共计19个月的径流资料,经有关水文部门整编、审查、资料可靠。
②高云山雨量站
高云山雨量站于1964年设立,按有关规定要求观测降水量,1994年撤销,该站1964年~1993年雨量资料均经省水文部门整编、审查或刊印,资料可靠。
③羊信江水文站
濂江上游有羊信江水文站,自1958年设立至今,控制流域面积569km2,观测的项目有水位、流量、降水量等,历年资料均经省水文部门整编,审查或刊印,资料可靠。
4、水文地质条件
①地下水类型
坝区地下水类型主要为基岩裂隙潜水和第四系孔隙潜水。
第四系孔隙潜水埋藏于坝区地势较低的第四系冲洪积层及残坡积层中,水量季节性变化大,接受大气降水补给,就近向河沟迳流排泄或补给下伏的基岩裂隙潜水含水层;基岩裂隙潜水埋藏于流纹质含砾熔结凝灰岩风化裂隙中,含水量小~中等,接受大气降水垂直入渗补给及孔隙潜水的侧向补给,向沟谷及河床中迳流排泄或渗入深部基岩,形成地下潜流,勘察期间左岸钻孔地下水静止水位埋深3.00~11.80m;右岸地下水静止水位埋深1.00~3.15m;现代河床地下水静止水位埋深与河水面相平,勘察时河水位约为278.40m。
②坝址岩体的透水性
坝基岩性为侏罗系上统鸡笼嶂组(J3j1)流纹质含砾熔结凝灰岩,根据坝线钻孔压(注)水试验资料分析,基岩透水性主要受岩石风化程度及裂隙构造控制,一般随深度的增加而减少。
左岸坝基弱风化岩石透水率q=1.70~28.6Lu,属弱~中等透水性;河床坝基弱风化岩石q=1.2~8.4Lu,属弱透水性,右岸坝基弱风化岩石q=1.0~8.1Lu,属弱透水性。
按透水率q≤3Lu作为相对不透水层标准,左岸透水岩层厚度9~11m,河床段9~10.65m,右岸9.60~11.70m。
③地表、地下水水质
依据钻孔处地下水及地表河水水样分析结果(见附表详见表3-2),根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)附录G环境水对混凝土腐蚀评价标准综合判定:
地表水及地下水对砼具分解类溶出型弱腐蚀、一般酸性型弱腐蚀性、碳酸型弱腐蚀、溶出型弱腐蚀性。
表3-2环境水腐蚀判定标准及评价表
腐蚀性
类型
腐蚀性
特征判
定依据
腐蚀
程度
界限指标
地表水
分析指标
地下水
分析指标
分
解
类
溶出型
HCO-
含量
(mmol/L)
无腐蚀
弱腐蚀
中等蚀腐
强腐蚀
HCO3->1.07
1.07≥HCO3->0.70
HCO3-≤0.70
-
0.762
0.762
一般酸性型
PH值
无腐蚀
弱腐蚀
中等蚀腐
强腐蚀
PH>6.50
6.5≥PH>6.0
6.0≥PH>5.5
PH≤5.5
6.4
6.30
碳酸型
侵蚀性
CO2含量
(mg/L)
无腐蚀
弱腐蚀
中等蚀腐
强腐蚀
CO2<15
15≤CO2<30
30≤CO2<60
CO2≥60
20.95
23.05
分解结晶复合类
硫酸
镁型
Mg2+
含量
(mg/L)
无腐蚀
弱腐蚀
中等蚀腐
强腐蚀
Mg2=<1000
1000≤Mg2=<1500
1500≤Mg2=<2000
2000≤Mg2+<3000
3.38
4.51
结
晶
类
硫酸
盐型
SO42-
含量
(mg/L)
无腐蚀
弱腐蚀
中等蚀腐
强腐蚀
普通水泥
SO42-<250
250≤SO42-<400
400≤SO42-<500
500≤SO42-<1000
抗硫酸盐水泥
SO42-<3000
3000≤SO42-<4000
4000≤SO42-<5000
5000≤SO42-<10000
2.50
5.00
三、径流
1、径流
营口水电站坝址各月径流主要根据羊信江水文站实测和延伸径流系列进行推求,多年平均流量和逐年月平均流量设计站与羊信江水文站的面积比计算推求,以每汛期4月一次3月,从1958年~2006年推求而得,见表2-1,计算公式:
F设F设
Q设=———×Q参,Q设平均=———×Q参平均
F参F参
根据坝址1958~2006年径流系列,用频率法计算。
径流统计参数采用P-Ⅲ型曲线适线法确定,坝址多年平均流量0.64m3/s,Cv=0.4,Cs=2.0Cv,多年平均径流量为0.2亿m3,多年平均径流深804mm,营口水电站坝址年平均流量成果表见表2-1,不同设计频率的年平均流量见表2-2;设计代表年逐月平均流量见表2-3。
营口水电站坝址年平均流量成果表
年份
1958
1959
1960
1961
1962
1963
1964
1965
1966
1967
1968
1969
1970
年平均Q(m3/s)
0.468
0.988
0.657
1.191
0.798
0.176
0.697
0.352
0.521
0.412
0.405
0.446
0.728
年份
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
年平均Q(m3/s)
0.348
0.36
0.97
0.596
1.31
0.746
0.367
0.759
0.481
0.798
0.481
0.798
0.785
年份
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
年平均Q(m3/s)
0.609
0.878
0.498
0.521
0.609
0.476
0.772
0.233
0.922
0.666
0.71
0.794
0.759
年份
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
年平均Q(m3/s)
0.684
0.631
0.49
0.543
0.626
0.525
0.534
0.281
0.534
0.851
表2-2营口电站不同频率年平均流量成果表
频率(%)
10
50
90
年平均流量(m3/s)
1.15
0.717
0.421
年径流量(亿m3)
0.363
0.226
0.133
表2-3设计代表年逐月平均流量表单位:
m3/s
月份
频率
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
P=10%
0.330
0.315
0.694
2.039
2.676
3.008
1.112
0.772
0.289
1.306
0.785
0.473
P=50%
0.205
0.197
0.433
1.272
1.668
1.876
0.693
0.482
0.180
0.814
0.490
0.295
P=90%
0.121
0.115
0.254
0.747
0.980
1.101
0.407
0.283
0.106
0.478
0.288
0.173
2、径流调节计算
(1)设计代表年的各月平均流量计算
根据表2-2的不同频率年平均流量取P=10%,P=50%,P=90%三个频率的年平均流量,设计代表年逐月平均流量见表4-1。
表4-1设计代表年逐月平均流量表单位:
m3/s
月份
频率
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
P=10%
0.330
0.315
0.694
2.039
2.676
3.008
1.112
0.772
0.289
1.306
0.785
0.473
P=50%
0.205
0.197
0.433
1.272
1.668
1.876
0.693
0.482
0.180
0.814
0.490
0.295
P=90%
0.121
0.115
0.254
0.747
0.980
1.101
0.407
0.283
0.106
0.478
0.288
0.173
(2)电站水头损失
电站设计毛水头为52.6m,按4%扣损后实际计算水头为51.5m。
(3)电能与保证出力计算
①电能计算
该电站为河床引水式发电站,只要有水就能发电,该站发电引用最大流量为1.93m3/s,当超过1.93m3/s的流量做弃水处理,渗漏、蒸发按2%考虑扣除,出力系数A值取7.0,计算公式:
E=AHQT
E—为发电量,A—为出力系数7.0,H=51.5m,Q为流量,T为月发电时间取730小时,装机容量750KW,各代表年扣损的能利用发电流量发电量成果见表4-2。
表4-2电站区间各代表年月实际发电流量、发电量、成果表
月份
P=10%
P=50%
P=90%
Q
发电
实际发电量
Q
发电
实际发电量(万度)
Q
发电
实际发电量(万度)
流量
(万度)
流量
流量
1
0.33
0.323
8.51
0.205
0.201
5.30
0.121
0.118
3.11
2
0.315
0.309
8.12
0.197
0.193
5.07
0.115
0.113
2.98
3
0.694
0.680
17.90
0.433
0.424
11.16
0.254
0.249
6.55
4
2.039
1.930
50.79
1.272
1.246
32.79
0.747
0.732
19.25
5
2.676
1.930
50.79
1.668
1.635
43.03
0.980
0.960
25.26
6
3.008
1.930
50.79
1.876
1.838
48.38
1.101
1.079
28.40
7
1.112
1.090
28.68
0.693
0.680
17.88
0.407
0.399
10.50
8
0.772
0.757
19.91
0.482
0.472
12.42
0.283
0.277
7.29
9
0.289
0.283
7.45
0.180
0.177
4.65
0.106
0.104
2.73
10
1.306
1.280
33.68
0.814
0.798
21.00
0.478
0.469
12.33
11
0.785
0.769
20.25
0.490
0.480
12.63
0.288
0.282
7.42
12
0.473
0.464
12.20
0.295
0.289
7.61
0.173
0.170
4.47
合计
309.07万度
221.92万度
130.30万度
多年平均发电量E=(E10%+E50%+E90%)/3=661.29/3=220.43万度。
多年平均利用小时T=(E10%/750+E50%/750+E90%/750)/3=(3090700/750+2219200/750+1303000/750)/3=2939小时。
②保证出力计算
P=90%枯水年份枯水期(10月至次月2月)月平均流量0.191m3/s,月扣损2%后为0.187m3/s,视为该站保证出力。
保证出力:
N保=7.5×51.5×0.187=72.2kw。
四、洪水
1、洪水特性与成因分析
本流域的洪水由暴雨形成,洪水出现时间多在4~8月,年最
大洪水多出现在6月,流域内河床坡降陡,集流时间短,洪水来势猛,涨落急剧,降水至洪峰出现一般在5~8h,洪峰持续时间约0.5h,洪水历时1~2d,洪水过程以单峰为主,一次洪水的洪量以1d为主。
2、设计洪水计算
由于坝址无实测洪水流量资料,设计洪水由暴雨间接推求,并假定设计暴雨和设计洪水的频率相同。
营口水电站坝址设计洪水标准为20年一遇(P=5%),100年一遇(P=1%)洪水校核。
①坝址流域特征参数:
坝址以上控制流域面积F=25.1m2
坝址以上主河道长度L=10.3km
坝址河道平均坡降J=33.9‰
坝址流域平均宽度B=2.44km
坝址流域形状系数K=B/L=0.24
②设计暴雨
采用羊信江单站频率暴雨法和省编《暴雨洪水查算手册》查算,营口水电站不同时段设计暴雨成果见表2-4。
表2-4营口水电站不同时段设计暴雨成果表
时
段
方法
统计参数
P(%)
均值
CV
CS/CV
1
5
10
20
24h
省编手册
102
0.48
3.5
300.4
216.8
166.9
134.5
羊信江站
95.7
0.45
3.5
267
196
153
125
1h
省编手册
46
0.4
3.5
116.4
88
70.6
59
羊信江站
40.3
0.3
3.5
83
66.8
56.5
49.4
6h
省编手册
75
0.5
3.5
229
163.4
124.5
99.4
羊信江站
64.1
0.36
3.5
150
116
95
80.8
从表2-4可见,经分析与比较两种种不同方法推求的设计暴雨成果,为安全起见,本次设计采用省编《暴雨洪水查算手册》查算的设计暴雨成果。
③设计洪水计算
坝址以上流域特征参数根据1/5万地形图量算而得,
采用省编《暴雨洪水查算手册》推荐的推理公式法进行,坝址设计洪水成果见表2-5,坝址设计洪水过程线见表2-6。
表2-5坝址设计洪水成果表
P(%)
项目
1
5
10
20
Qm(m3/s)
477
315
205
135
W1日(万m3)
659
445
321
232
表2-6营口水电站坝址设计洪水过程线
P(%)
(t=1h)
1
5
10
20
0
0
0
0
0
1
43
30.2
19.3
12.3
2
262
185.2
113.4
67.9
3
477
315
205
135
4
329
207
142.8
102
5
200
109
88.4
68.4
6
102
68.7
48.3
34.6
7
87.1
59.7
43.0
31.7
8
72.6
50.1
37.7
28.8
9
58.1
41.8
32.5
25.8
10
43.7
32.8
27.2
22.9
11
29.0
23.8
21.9
19.9
12
21.4
20.2
18.7
17.0
13
19.5
18.1
17.0
15.5
14
17.5
16.1
15.2
14.1
15
15.5
14.1
13.5
12.7
16
13.6
12.1
11.8
11.3
17
11.6
10.2
10.1
9.9
18
9.7
8.2
8.3
8.5
19
7.7
6.2
6.6
7.1
20
5.7
4.2
4.9
5.7
21
3.8
2.2
3.2
4.3
22
1.8
0.2
1.5
2.9
23
0
0
0
1.5
24
0
④设计暴雨、洪水合理性分析
营口水电站与邻近工程设计暴雨,设计洪水合理性分析,现将邻近工程设计暴雨,设计洪水对照见表2-7。
表2-7营口水电站与邻近工程设计暴雨、设计洪水成果对照表
工程名称
安远上丁
营口水电站
高云山水电站
集水面积(km2)
18.2
25.1
53.5
设计暴雨
(mm)
均值
113.6
102
108
Cv
0.45
0.48
0.45
Cs/Cv
3.5
3.5
3.5
洪峰流量
(m3/s)
二十年一遇
270
315
495
洪峰模数(Qm/F2/3)
39.0
36.7
34.8
一百年一遇
398
477
744
洪峰模数
57.5
55.6
52.4
一日洪量
(万m3)
二十年一遇
337
445
832
洪量模数(W/F)
18.5
17.7
15.6
一百年一遇
502
659
1236
洪量模数
27.6
26.3
23.1
流域形状系数
0.49
0.24
0.209
从表2-7可见,营口水电站与高云山水电站、上丁水电站工程的设计暴雨,洪峰流量和洪量模数都误差较小,且均符合地形变化规律和汇流特征,故可认为本次坝址设计洪水成果是基本合理的。
⑤坝址分期设计洪水
a、施工导流标准
枯水期(10~2月)相应时段5年一遇洪水。
施工渡汛采用10年一遇洪水。
b、计算方法与成果
将羊信江站1958~2006年49年系列中相应时段的最大流量按面积比0.124次方移用至坝址,尔后用频率推求,成果见表2-8。
表2-8坝址分期设计洪峰流量成果表
时段
Q(m3/s)
P(%)
全年
(10~2)月
10
205
33.3
10.8
⑥厂址设计洪水
由于厂址位于蔡坊水电站厂址上游不到1km处,距离营口水电站坝址2.6km,通过引水隧洞引水至厂址,所以直接引用蔡坊水电站厂址设计洪水见表2-9,厂址分期设计洪峰流量成果表见表2-10。
表2-9厂址设计洪水成果表
P(%)
项目
3.33
10
Qm(m3/s)
695
504
W1日(万m3)
2795
2027
表2-10厂址分期设计洪峰流量成果表
时段
Q(m3/s)
P(%)
全年
(10~2)月
10
728
10
79.4
3、洪水调节计算
(1)基本资料
①水库水位~面积、库容关系见表4-2。
表4-2营口水库水位~面积、库容关系表
Z(m)
278
280
285
290
295
300
305
310
F(104m2)
0
2.2
3.7
5.5
8
10.7
13.4
17.4
V(104m3)
0
2.2
16.95
39.95
66.5
97.7
139.6
196.5
②坝址设计洪水过程线见表2-5。
③溢流堰泄流曲线。
溢流堰为表孔无闸控制泄流,堰顶高程296m,溢流净宽20m,
,库
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