明家庄水电站综合说明.docx
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明家庄水电站综合说明
明家庄水电站综合说明
1工程概况
1.1概况
永登大通河明家庄水电站工程项目由甘肃泰森水务开发有限公司控股并负责开发建设。
经兰发改委工交[2006]371号文件批准立项。
工程基本情况:
明家庄水电站位于甘肃省永登县境内大通河干流上,距兰州市公路里程约135km,距永登县公路里程约60km,总装机容量为10MW,为径流引水式水电站,设计引水流量Q=105m3/S,设计水头H=11m,该电站年利用小时数5253h。
多年平均发电量5943万KW.h.
电站引水枢纽处控制流域面积14405km2,其径流设计采用上游9km处连城水文站为代表站,资料系列52年,系列年限较长,测验精度较高,水文基本资料真实可靠,完全可以满足设计精度的要求。
工程区处在地质构造稳定区,地震基本烈度为Ⅶ度。
主要工程段涉及的地层多为河床砂砾石地基及砂质粘土岩地层,工程地质条件良好。
工程属小
(2)型工程,即Ⅴ等工程主、次建筑物均为5级。
枢纽设计洪水标准10年一遇,校核20年一遇;厂房设计洪水为20年一遇,校核为50年一遇。
电站安装4台轴流定浆式ZDLD010-LH-193型机组,匹配4台SF2500-24/3250发电机。
出线电压10.5KV接入河桥变电所。
工程项目概算(2006年)总投资6380.00万元。
主要建筑物主要有
(1)引水枢纽:
由进水闸、泄冲闸、溢流坝、端墙及两岸堤防工程组成;
(2)动力渠:
梯形断面,全长1588.7米,动力渠布设3座建筑物排洪渠、冲砂放水闸、跨渠公路箱涵;(3)厂区建筑物:
由前池、虹吸式进水口及压力管道、发电厂房、尾水渠、升压站;(4)输电线路工程:
35kv接入淌河变电所;(6)生活管理区:
建筑面积1200m2及其它附属建筑物。
1.2水文
(1)流域概况
大通河属黄河流域,是湟水一级支流,黄河二级支流,地处青藏高原东北边缘。
发源于祁连山南麓大通山,源头海拔高程5000m,西北东南流向,流经青海省刚察、祁连、海晏、门源、互助、乐都等县和甘肃天祝、永登、红古县(区),最终在青海民和享堂汇入湟水。
整个流域面积15130km2,河道总长560.7km,主河道平均比降4.56‰。
大通河为一山区河流,流域在地貌上属构造剥蚀的中高山区,河道盆地与峡谷相间,河道蜿蜒曲折,两岸植被较好。
流域可由门源和连城两地大致分为上、中、下游。
上游段呈高原河流特征,河长322km,落差1714m,平均坡降5.16‰,气候严寒、雨量充沛,是主要产流区;门源至连城为中游段,河长198.5km,落差895m,平均坡降为4.95‰,该河段多为石质山区,峡谷紧连。
连城以下为下游段,河长40.2km,落差148.3m,河道平均坡降3.69‰.
流域径流主要由降水补给,降水量自上之下600mm-400mm,部分山区可达700mm以上;其次为冰雪融水和地下水补给。
大通河年际径流变化不大,且较稳定。
由于水土流失轻,水流清澈,悬疑质少,含沙量小,推移质较多。
大通河水资源较丰富,只有下游连城盆地段,地形开阔、工农业发达、人口密度相对较大,用水量有所增大,但总体流域的用水规模不大。
1.3气象
流域气候受东南海洋季风和蒙古高压控制,呈明显的大陆性气候特点。
以连城站为代表,根据气象统计,年降水量435.8mm,多集中于7-9月,多年平均气温7.3℃,绝对最高气温33.0℃,绝对最低气温-20.5℃,多年平均风速1.5m/s,最大风速12m/s,风向WNW。
1.4年径流
明家庄水电站下游约25km在湟水河汇口处有享堂水文站,控制大河道,享堂站始建于1940年,资料自1950年至今。
明家庄站水电站上游约9.0km处有连城水文站,控制流域面积13914km2,作为本工程水文分析的主要依据站。
由于该站建站较迟,享堂站最早,故享堂站作为主要參证站,据此相关延长连城站系列资料,延长后为52年里列资料。
由1950-2001年共52年年径流量时序图和差积曲线分析,代表性较好。
其径流成果见表1-1、表1-2。
明家庄水电站(连城水文站)设计年平均流量成果表表1-1
断面
位置
F(km2)
均值(m3/s)
Cv
Cs/Cv
不同保证率设计值
15%
25%
50%
75%
85%
电站枢纽
14405
85.7
0.20
2.0
103
96.5
84.6
73.6
68.1
明家庄水电站设计年径流月分配表表1-2
项目
月份
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
年
15%丰水年流量
20.2
20.2
26.8
75.7
97.4
120
255
331
131
76.1
46.5
28.0
103
25%偏丰水年流量
18.8
18.9
25.1
70.7
91.2
112
239
310
122
71.3
43.6
26.2
96.5
50%中水年流量
19.4
19.4
21.8
49.7
69.1
115
161
240
167
87.0
41.0
21.8
84.6
75%偏枯水年流量
17.8
17.5
23.6
54.0
99.3
136
220
113
81.6
59.8
36.3
21.2
73.6
85%枯水年流量
16.5
16.2
21.8
50.0
91.9
126
204
104
75.5
55.3
33.6
19.6
68.1
1.5洪水
对连城站插补延长后两组系列加入1919年历史洪水进行频分析计算得到统计参数:
Qm=670m3/s,Cv=0.56,Cs/Cv=3.5。
明家庄水电站枢纽断面洪水见成果表1-3、1-4。
明家庄水电站(连城水文站)设计洪峰流量成果表演表1-3
断面
位置
汇水面积(km2)
各种频率设计值(m3/s)
1%
2%
3.33%
5%
10%
20%
连城水
文站
13914
2020
1760
1570
1420
1160
901
电站
枢纽
14405
2070
1800
1610
1450
1190
922
明家庄水电站(连城站)施工分期洪水成果表表1-4
施工分期
设计值(m3/s)
备注
P=5%
P=10%
P=20%
一月
35.8
33.0
29.9
二月
33.7
31.0
28.1
三月
76.3
66.0
55.1
四月
276
225
173
五月
445
364
282
六月
746
589
437
七月~九月
1450
1190
922
十月
294
244
193
十一月
95.3
85.9
75.8
十二月
49.8
45.9
41.6
1.6泥沙
连城站有28年实测泥沙资料,推移质无实测资料,现列出分析成果如表1-5。
连城站多年平均含沙量0.755kg/m3,多年平均悬移质输沙量207万t,泥沙主要集中在6~9月的汛期,约占全年89.8%。
推移质估算为52万t;连城断面年输沙量总量为259万t。
连城站多年平均各月悬移质沙率和含沙量表表1-5
月份
项目
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
平均
输沙率(kg/s)
0.24
0.19
2.18
20.3
49.0
99.1
300
216
84.4
4.35
0.84
0.44
65.5
含沙量(kg/m3)
0.013
0.011
0.11
0.40
0.52
0.83
1.60
1.20
0.53
0.051
0.019
0.017
0.775
1.7冰情
近十年以来,随着上游工厂、电厂以及梯级电站的建成运行,河道在冬季基本不结冰,已无流冰现象。
1.8工程地质
(1)地型地貌
工程区地处大通河下游连城盆地,地势平坦,支沟不发育,高程在1800~1890m。
河段发育Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ级阶地,其中Ⅰ、Ⅱ级较发育,Ⅳ级不发育。
Ⅰ级阶地为内迭阶地,具二元结构,阶面高出河水位约2~4m,阶面宽30~50m。
Ⅱ级阶地属基座阶地,具二元结构,阶面高出河水面12~18m,阶面宽阔平坦。
Ⅳ级阶地基座阶地,仅有局部残留,阶面高出水面90~95m。
工程坝址区右岸为大通河Ⅱ级阶地,坝线处阶面宽阔平坦,高程在1800~1888m。
地层岩性
工程区出露的地层有上第三系砖红色砂质粘土岩及第四系地层。
地质构造
工程区位于祁连山褶皱带的西端西翼,主构造线方向为NW~NWW向。
该区新构造运动主要为垂直升降运动,且以上升运动为主。
依据1/400万《中国地震动峰值加速订区划图》,工程区地震动峰值加速订为0.15g,相当于地震基本烈度Ⅶ度。
(2)水文地质条件
本区地下水类型主要为基岩裂隙水和第四系地层孔隙性潜水。
前者赋存于基岩裂隙密集带中,水量不大,多以泉水形式溢出最终排入大通河。
后者赋于Ⅰ、Ⅱ级阶地及河床沟道覆盖层中。
丰水季河水补给地下水,地下水位上升;枯水时地下水又补给河水,地下水位相应降低。
地下水化学类型一般为HCO-3-Ca型水,大通河水为HCO-3-Ca-Mg型水,PH=8.45,矿化度0.25g/L。
(3)枢纽工程地质条件
河床坝基工程地质条件
河床地形上为U型河槽。
河床覆盖层厚约4~8m,岩性为含漂石砂砾卵石层,粒径最大约20~30cm,一般约10~15cm,分选性较差,结构松散,渗透性及富水性较好,允许渗透坡降为0.12,允许承载力0.3~0.4Mpa,变形模量50~60Mpa,与砼磨擦系数为0.52~0.54,建议开挖边坡采用水上1:
1.1~1:
1.25,水下1:
1.5~1:
1.75。
河床基岩为第三系砖红色砂质粘土岩。
强风化层厚约1.5~2.0m,基岩透水性属弱~微透水。
建议做好坝基防渗工程措施。
两岸与坝肩工程地质条件
右岸:
为Ⅱ级阶地,砂卵石层厚约2~10.0m,结构密实,磨园度好,上覆粉质粘土层,厚约2.0~3.0m,结构疏松,土质不均。
Ⅱ级阶地基座岩性为上第三系砖红色砂质粘土岩,边坡稳定,强风化层厚3.0~4.0m,透水性微弱。
左岸:
为Ⅰ级阶地,上覆粉质壤土层0.5~1.5m,结构疏松,下部为砂砾石层,对坝肩砂砾石层须作防渗处理。
总之,由于挡水高度小,两岸河槽岸壁自然边坡稳定,左岸下部砂砾石层仅有防渗要求。
(4)厂房区工程地质条件
厂房及尾水渠位于大通河右岸Ⅰ级阶地上,Ⅰ级阶地上部粉质壤土层厚0.5~1.5m,下部为含漂石砂砾石层厚约2~4m,分选性差,磨园度较好,最大粒径20~40cm,一般约6~12cm.。
地下水对普通硅酸盐水泥不具侵蚀性。
厂房基础置于上第三系砖红色粘土层上,砂质粘土层强化风层厚约3-4m,强风化层允许承载力为0.04-0.45Mpa,工程地质条件良好。
(5)天然建筑材料
粗骨料可采用“引大”工程选用过的细沟、獐儿沟沟口料场,“引大”工程曾作过详查,当前獐儿沟已为专业的商业性料场,储量和质量满足本工程要求。
块石料可收集河床大漂石和大卵石,另可在棚子沟、药水沟、大滩子沟开采选用。
2水文
2.1流域概况
大通河属黄河流域,是黄河的二级支流,地处青藏高原东北边缘,地理位置介于东径98°30′~103°15′,北纬36°30′~38°25′,发源于祁连山南麓大通山,托里山的木里,源头海拔高程5000m,西北东南流向,流经青海省刚察、祁连、海晏、门源、互助、乐都等县和甘肃省的天祝、永登两县,最后在青海省民和县享堂镇附近汇入湟水,是湟水最大的一级支流。
它西南面与湟水相邻,东面以庄浪河为界,背面与我省走廊地区之黑河相接。
整个流域汇水面积15130km2,河道总长度560.7km,主河道平均坡度4.56%。
大通河上流经托里山与大通河之间,下段流经冷龙岭与达板山之间,形成一狭长的由众多的短小支流汇入的格子状水系。
流域北岸为祁连山,南岸为大通山(又名湟南山)、达板山,地势呈西北高而东南低;大通河流域在地貌上属构造剥蚀的高中山区,两侧依山傍岭,干流峡盆相间。
整个流域内地势高耸,河道蜿蜒曲折,树草翠绿,植被生长良好,覆盖率较大。
流域可以门源和连城两地大致分为上、中、下三段:
门源以上流域为上流河段,河长322km,落差1714m,平均比将为5.16‰,地行为峡谷和盆地相间,形如串珠,具有高原河流之特征,该河段地势较高,气候严寒,雨量较丰沛,在浅山和滩地上覆盖着湿寒生植物,山区有森林分布,植被覆盖率达100%,在河源处有冰川;门源至连城为中游河段,河长198.5km,落差895m,平均比降为4.75‰,该河段为石质山区,山势高耸,中间夹有加塘小盆地,林木成片,峡谷紧连,河道坡降陡峻,水能资源丰富,但开发利用率较低,在天堂寺以下,森林渐减,耕地增多,河道呈阶梯状;连成以下为下游河段,河长40.2km,河床比降4.58‰,雨量较上游为少,植被稀少,河流两岸阶地上均为灌溉良田。
流域经流由降水补给为主,降水量从上游至下游为600~400mm,部分山区可达700mm,是大通河河水的主要补给来源,其次为冰雪融水和地下水补给。
由于受气候、森林、地形及地质等下垫面条件的影响,大通河径流年际变化不大,且较为稳定。
洪水多发生在7~9月份,尤其7、8月份最多,实测量大洪水发生在1974年,洪峰流量为1380m3/s。
困上游植被良好,水土流失较轻,水流清澈,悬移质含沙量较小。
推移质相对较多。
流域上游地区人烟稀少,经济以牧业为主;中游地区农牧业结合;下游地区以农业为主。
中下游地区交通方便,7202公路由大通河口享堂镇起沿左岸而上,至青海省青石嘴与宁(西宁)张(张掖)公路相连,铁路由享堂镇沿右岸而上至西北铁合金厂。
大通河虽然水资源和水力资源均丰富,但流域内受地形条件限制,地少人稀,因而目前开发利用程度甚低,除门源、连城一带有少量的工农业用水及近期建成的“引大入秦”灌溉工程(引水量4.43充亿m3)外,流域规划中的“引大济西”、“引大济湟”等工程均处在流域上游,属高寒山区,交通不便。
故目前中、下游水力资源有待迅速开发。
明家庄水电站位于大通河的中下游河段,引水枢纽位于连城水文站下游河道约9.00km处,枢纽断面以上控制流域汇水面积14405km2。
2.2气象
大通河流域深居西北内陆,气候受东南海洋季几的影响和蒙古高压的控制,具有冬长暑短、雨热同季、日照时间长、年降水少、蒸发量大、垂直分布明显和昼夜温差大的大陆性气候特点。
流域上游为祁连山中段,下游为祁连山东段,肯有蒸发量随高程的增加而减少、气温随高程的增加而降低、降水量和湿度随高程的增加而递增的特点;中下游降水集中在汛期,5~9月降水量约占全年总降水量的80%左右,上游在9月下旬至翌年6月上旬基本上为降雪天气。
明家庄水电站的气象可以上游邻近的连城气象站的气象资料为代表,根据气象站观测资料统计,年降水量435.8mm,多集中在7~9月,占全年降水量的59.6%,多年平均气温7.3℃,绝对最高气温33.0℃,绝对低气温-20.5℃,多年平均风速1.5m/s,最大风速12.0m/s,风向WNW。
2.3基本资料情况
大通河干流自上而下设有尕日得、尕大滩、天堂、连城、享堂等水文站。
其中享堂水文站始建于1940年,经黄委会整编后的完整连续资料自1950年至今,为观测系列最长的站。
各站基本情况见表1-1。
大通河干流主要水文站一览表表1-1
河名
站名
至河口距离(km)
集水面积(km2)
设站日期
备注
大通河
尕日得
372
4576
1973年1月
大通河
尕大滩
264
7893
1953年8月
大通河
天堂
100
12574
1958年1月
大通河
连城
40
13914
1947年5月
大通河
享堂
1.9
15126
1940年1月
明家庄水电站河段无实测水文资料,本工程地段上游约9.00km处设有连城水文站,控制流域面积13914km2,是明家庄水电站本次水文分析计算的主要依据站。
2.4年径流
2.4.1径流特性
大通河中上游以上径流主要来源于大气降水,其中以雨水补给为主,雪水补给为辅。
全年可分为3月中、下旬至5月为春汛期,由上游冰雪融水和降雨补给;6~9月为夏秋洪水期,发大面积降水补给为主,有的年份可延长至10月上旬;10~11月为秋季平水期,发地下水补给及河槽储蓄为主;12月至次年3月初为冬季枯水期,以地下水补给为主,水量小而稳定。
径流年内分配6~9月占年径流比例最大约53.4%,2月份最小。
最小流量出现在12月下旬~2月下旬。
2.4.2径流系列的插补延长
明家庄水电站年径流计算的依据站为连城水文站,其下游的享堂水文站为大通河流域径流系列最长的站,具有1950~2001年n=52年实测年径流系列,且具有良好的代表性。
因此选用享堂站为参证站进行插补延长。
连城站具有1954~57、1968~2001年共n=38实测系列资料,与下游享堂站相应年份对比,发现连城站缺测年份多数偏丰,为增加连城站年径流系列的代表性,根据两水文站1954~57、1968~2001同步径流资料,建立连城与享堂站同期实没年平均流量相关关系,经计算相关系数0.928,关系较好,利用享堂站实测径流系列将连城站实测的径流系列插补延长至1950~2001年共52年实测径流系列。
由于本电站上游已建与规划引用水项目较多,供需矛盾突出,根据SL77-94《小型水力发电站水文计算规范》中“站址以上流域人类活动影响较大时,一般不宜进行年径流还原计算……”的规定,直接对连城水文站插补延长后的n=52年实测径流系列进行统计分析计算。
2.4.3径流系列代表性
连城水文站实测年径流量时序曲线及平均流量差积曲线见图1-1、图1-2。
由图1-2可以看出,1950~53年4年间,差积曲线基本上是水平波动,表示该时期年径流量在均值附近波动称为平稳期;从1954~59年6年间,差积曲线为上升期,表示该时期年径流量偏离均值的趋势为上升期;从1960~72年13年间,差积曲线基本上是上下交错期,表该时期的年径流量在均值上下波动;从1973~87年15年间,差积曲线基本上为下降期;(1975、1981、1983年除外),表示该时期年径流量偏离均值的趋势为下降期;从1988~90年3年间,差积曲线为上升期,表示该时期年径流量偏离均值的趋势为上升期;从1991~2001年11年间过程线为下降期(1993、1998年除外),表示该时期年径流量偏离均值的趋势为下降期。
根据代表期应包含丰、平、枯参数比较稳定的原则,可见连城站1950~2001年年径流系列具有较好的系列代表性。
2.4.4径流计算
明家庄水电站枢纽汇水面积与连城水文站汇水面积相差3.41%,由于大通河的径流主要来自于上游,所以电站年复杂劳动流成果直接采用连站年径流分析成果。
经相关插补延长后,连城站具有1950~2001年共52年实测径流系列,对其进行频率分析,得多年平均流量为85.7m3/s,年径流量27.0亿m3。
求得不同保证率P=15%、P=25%、P=50%、P=75%、P=85%的年平均流量分别为103m3/s、96.5m3/s、84.6m3/s、73.6m3/s、68.1m3/s。
年径流成果见表1-2。
实测年平均流量频率曲线见图1-3。
明家庄水电站(连城水文站)设计年平均流量成果表表1-2
断面位置
F(km2)
均值(m3/s)
Cv
Cs/Cv
不同保证率的设计值(m3/s)
15%
25%
50%
75%
85%
电站枢纽
14405
85.7
0.20
2.0
103
96.5
84.6
73.6
68.1
2.4.5径流的年内分配
为计算电站的有关水能参数,需推求不同保证率代表年的年内分配。
径流的年内分配采用1~12月日历年度,按典型年的径流量和枯水期的径流量分别接近设设计频率的径流量为原则,分别选取取连城水文站1993年为丰水年P=15%、P=25%的典型年,1976年为平水年P=50%的典型年,1984年为P=75%、P=85%的典型年,按设计频率的年平均流量进行按制缩放,得电站相应频率的月年平均流量,以相应年的日流量过程为典型,按电站设计年的逐月流量为控制,缩放得不同频率的日流量过程。
设计年径流月分配成果见表1-3。
明家庄水电站设计年径流月分配表表1-3
项目
月份
年
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
15%丰水年流量(m3/s)
20.0
20.2
26.8
75.5
97.4
120
255
331
131
76.1
46.5
28.0
103
25%偏丰年流量(m3/s)
18.8
18.9
25.1
70.7
91.2
112
239
310
122
71.3
43.6
26.2
96.5
50%平水年流量(m3/s)
19.4
19.4
21.8
49.7
69.1
115
161
240
167
87.0
41.0
21.8
84.6
75%偏枯年流量(m3/s)
17.85
17.5
23.6
54.0
99.3
136
220
113
81.6
59.8
36.3
21.2
73.6
85%枯水年流量(m3/s)
16.5
16.2
21.8
50.0
91.9
126
204
104
75.5
55.3
33.6
19.6
68.1
2.5洪水
2.5.1洪水特性
大通河大洪水主要由暴雨形成,大通河流域地处深山峡谷区,由于受东南海洋季风的影响和蒙古高压的控制,流域降水随高程的增加有明显递增的特点。
暴雨主要集中在6~9月,尤以7、8月份最多,固年最大洪峰流量也多发生在此时间里。
每年4、5月份有春汛洪水,主要为融化冰雪水所造成,一般较暴雨洪水洪峰为小,且洪水过程涨落缓慢。
2.5.2历史洪水
历史洪水调查成果以以往工程设计洪水分析中的调查采用成果为依据。
连城站1919年洪水调查成果为1800m3/s,享堂站为2050m3/s。
2.5.3历史洪水重现期的确定
根据大量调查分析,大通河历史洪水出现年代排位顺序是1847、1898、1919年,截止2001年实测期内再没有超过1919年的洪水,因此1919年洪水可按照1847年至2001年的调查考证期150中的老三来考虑,约50年,如果按照1919年至今,该洪水重现期可定为80年,综合考虑,1919年洪水重现期为50~80年。
2.5.4设计洪水计算
大通河享堂站实测年最大洪峰流量系列有1940~48、1950~2001共61年实测系列,是大通河流域实测系列最长的站。
连城站实测年最大洪峰流量系列有1954~1957、1968~2001共38年不连续系列,建立连城站~享堂站同期洪峰流量相关关系,经计算相关关系较好,相关系数为0.981,以此将连城站洪峰流量系列分别插补延长为1940~1948、1950~2001(n=61
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