引水式电站大坝最小下泄流量的分析与确定

1 前言

在小水电开发建设过程中，过去考虑较多的是对区域经济的发展和发电效益，而对保护生态水环境考虑的较少，如不考虑电站大坝最小下泄流量而引起下游河段水环境恶化等问题，已越来越引起社会各界的关注。特别是引水式电站，由于其大坝与厂房之间往往会形成一定的脱水段，脱水段的形成必然会给下游生态环境造成一定的影响。如何确定大坝下泄最小流量，才能满足下游生态环境需水量的要求呢，国内外有许多学者提出了各种生态环境需水量计算方法，如湿周法、河道内流量增加法、“R2CROSS法”、最枯月平均流量法等等，但是在我国目前还没有一个统一的计算标准。本文结合《福建省将乐县邓坊一级电站》实例，用代表年法和长系列法，对大坝下泄最小流量的确定进行了分析和初步探讨。
2 工程概况
邓坊一级电站位于福建省将乐县高塘镇邓坊村境内的邓坊溪河畔，为一引水式电站。坝址以上集雨面积10.5km2，流域内多年平均降雨量1724.4mm，坝址断面多年平均径流量959.6万m3，多年平均流量0.304m3/s。工程拟建拦河坝高4.6m，至压力前池间输水系统长2.6km,其中隧洞长1.7km，明渠长0.9km。电站设计水头183.9m，设计发电流量0.46m3/s，装机2×320kw。
邓坊溪属金溪水系，发源于福建省将乐县万安镇的孔坪自然村，流经邓坊、陈坊、蛇尾、下芦，于尧坑注入金溪干流。流域面积46km2，河道天然落差1060m，其中可利用落差680m。流域内林深坡陡，地表植被较好。
3 径流分析
邓坊溪流域内无实测水文资料，流域降雨量采用邻近周边气候、下垫面条件基本一致的高滩、万安两个雨量站实测资料分析计算。高滩雨量站有1956——1995年实测降雨资料，万安站有1956——1958年、1961——2002年实测降雨资料。建立高滩、万安两站降雨相关关系，分别插补两站缺测年份的降雨量，并以高滩、万安同期年降雨的算术平均值组成邓坊溪流域1956——2002年降雨资料系列。经频率分析适线，求得设计流域年降雨统计参数：
Xo=1724.4 mm ， Cv=0.19 ， Cs=2Cv
流域内无实测径流资料，设计年径流采用径流系数推求。为分析比较，采用以下几种方法推求设计年径流系数：
（1）金溪上游建宁站实测多年平均径流系数，α=0.56;
（2）富屯溪支流仁寿河的河墩站实测多年平均径流系数，α=0.53;
（3）福建省最新水文图集法分析， α=0.52;
（4）根据本流域年陆地蒸发量为770mm，按照水量平衡方程式，分析多年平均径流系数， α=0.555 。
综上分析，确定电站坝址流域多年平均年径流系数采用α=0.53。则邓坊溪一级电站坝址流域多年平均径流深Ro=1724.4×0.53=913.9mm，径流变差系数按下式经验公式计算：
Cvy=Cvx/（ αn ＋0.06LgF）
上式中：Cvy————径流变差系数；
Cvx————年降水变差系数；
α ————多年平均径流系数；
n————指数，三明市采用1.0—1.2；
F————设计流域面积（km2 ）。
从而求得邓坊一级电站坝址年径流参数：
R=913.9mm , Cv=0.32 , Cs=2Cv
4 枯水径流分析
4.1 代表年法
根据设计流域P= 90% 枯水年的年径流值，选择建宁水文站年径流特征相近的1971 年实测逐日平均流量，作为枯水典型年的年内分配过程，并按同倍比缩放到设计站，即得邓坊一级电站坝址P=90% 枯水年逐日平均流量。从而求得坝址枯水年最小月平均流量为 0.073 m3/s；最小日平均流量为0.055 m3/s。
4.2 长系列法
以建宁水文站实测资料系列，分别以年最小月平均流量、年最小日平均流量选样，经频率分析求得邓坊一级电站坝址多年平均最小月流量为0.071 m3/s，P=90% 最小月平均流量为 0.046 m3/s；P=90% 最小日平均流量为 0.026 m3/s。
4.3 代表年法和长系列法成果分析
代表年法、长系列法分析的枯水径流比较如表1：
表1 不同方法分析的枯水径流成果比较表

流 量 计算方法	枯水平均流量
最小月平均流量	最小日平均流量
代 表 年 法	0.073	0.055
长 系 列 法	0.071	0.026
相差值（%）	2.8	47.3

从上表可以看出，用代表年法计算的最小月平均流量与长系列法计算成果相比，两者相差不大。但两种方法计算的最小日平均流量相差近50%。由此我们可以说明：
（1）长系列法是通过几十年的实测资料系列求得的流量值，更接近天然状态下的枯水流量，但一般情况下，要取得长系列实测资料很难；
（2）在没有长系列实测资料的情况下，用代表年法计算的最小月平均流量能满足设计精度要求；
（3）采用代表年法分析的流量可以满足生态用水量的要求。
5 结论
为了满足大坝下游河道水生态环境最小用水量要求，保持电站大坝下泄的最小流量是非常必要的，尤其是引水式电站工程，其大坝至发电厂房河段，将形成不同程度的脱水段，最小下泄流量值的确定显得尤为重要。在目前对拦河坝必须放的最小流量的设计标准尚未明确前，我们认为用代表年法，采用P =90%枯水年的最小月平均流量可以满足下游生态需水量的要求。