CN105256774A - 一种利用下游水库回水减小上游水电站截流难度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用下游水库回水减小上游水电站截流难度的方法，在水利工程截流设计中，先分析流域与电站水文资料，确定上游围堰戗堤截流时间。通过计算分析，拟定一个合理的围堰截流设计水位；再通过计算确定一个截流预备蓄水时间，设计从截流预备时间到截流时间期间的水库控泄方案，控制下游库容与水位，确保截流时，下游水库水位达到截流设计水位。本发明利用下游水电站回水调节水库水位，抬高了上游截流戗堤下游水位，减小了截流时戗堤上下游水位差，降低了截流水力指标，从而减小了截流难度。本发明简单易行，便于实施，可以减小水利工程截流难度，增大截流成功率，减小工程投资，具有很好的工程推广应用价值。

Description

一种利用下游水库回水减小上游水电站截流难度的方法

技术领域

本发明属于水利水电工程领域，具体涉及一种利用下游水库回水减小上游水电站截流难度的方法，适用于水利水电工程截流设计与施工。

背景技术

水利水电工程施工中，截流工程是施工导流工程的一个控制项目。如果截流无法按期完成，可能延误河床工程的开工日期；如果截流失败，则可能错过良好的截流时期，拖延工期长达一年，并且影响河流的通航等水运功能。

在施工导流中，截流工程在于截断原河道水流，建筑围堰，将河水引向导流建筑，从而为主河道坝址处干地施工创造条件。截流时，主要为截流戗堤先截断河流，之后再做一系列围堰填筑施工。戗堤进占合龙时，上下游存在水位差，龙口流速较大，截流时对截流材料粒径抗冲等要求较高，需要选取较大石块甚至制作专门的钢筋石笼来进占。

目前主要研究应用的截流方法有立堵法、平堵法、立平堵法、平立堵法、下闸截流以及定向爆破等多种，主要在于围堰截流方式上的选择与处理，并未涉及调整河道水流截流环境来降低截流难度。

我国水电站建设日益增多，特别是西南地区河流呈梯级开发，上游电站晚于下游电站建设或者上下游电站同时建设的案例已不少见，如三峡工程与葛洲坝工程、溪洛渡与白鹤滩、苗尾与功果桥电站等。下游已建或在建水库会对上游电站的截流工程都会带来影响，但同时也具有了利用该条件调整上游电站水流截流环境的条件。

为保护水库自身运行及下游防洪安全，一般情况下，水库在汛期低水位运行，而在枯水期运行水位相对较高，多年调节水库、日调节水库等例外。为降低截流难度，并保证有足够时间进行围堰施工，截流一般选在枯水期进行。通过提前的截流准备，调整水库下泄流量，在截流时间适当抬高水库水位，在一定程度上可以降低截流龙口水力指标，减小截流难度，从而增加截流成功率，减小工程投资。

发明内容

本发明针对围堰截流水力学与工程条件，提出了一种利用下游水库回水减小上游水电站截流难度的方法。在截流设计中，利用下游水库回水适当抬高下游水库水位，降低截流龙口水力指标，减小截流难度。

本发明所采用的技术方案是：一种利用下游水库回水减小上游水电站截流难度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据流域与电站水文资料，确定上游围堰截流时间和对应的下游水库水位；计算分析该水库水位下截流时，截流戗堤上下游水头差；分析下游水位库容关系和截流戗堤下游水位抬高后对应的截流工况变化，拟定一个合理的围堰截流设计水位，使截流时戗堤上下游水位差减小；

步骤2：分析下游电站泄水要求和上游来水关系；拟定一个截流预备蓄水时间，在下游电站满足水库泄水要求的条件下，设计从截流预备时间到截流时间期间的水库控泄方案，控制下游库容与水位；计算该时间段的水库入库水量和出库水量；计算水库的库容增量和库容增加后的水库水位；

步骤3：比较拟定条件下的水库水位与截流设计水位关系；根据对比关系，在泄流流量控制范围内调整水库的下泄流量分配，或调整截流预备蓄水时间，再作计算分析；使调整后水库依照设计控泄安排，在戗堤截流时间时水库水位可以达到截流设计水位；

步骤4：依据截流设计，从截流预备时间到截流时间期间，下游电站依照设计控泄安排运行，保证在截流时间截流戗堤下游水位达到截流设计水位，戗堤截流。

作为优选，步骤1中所述拟定的围堰截流设计水位高于未利用该水位调节方法在截流时刻的戗堤下游水位，以实现减小截流时戗堤上下游水位差，降低截流水力指标，从而减小截流难度的目的。

本发明一种利用下游水库回水减小上游水电站截流难度的方法优点是：

1、本方法抬高了截流戗堤下游水位，减小了截流时的戗堤上下游水位差，降低了截流水力指标，减小了截流难度，提高了截流成功率，可以减小截流工程投资；

2、本方法利用下游水库回水来调控水库水位，从而达到控制上游水电站截流戗堤下游水位的目的，方法简单易行，便于实施，在河流梯级开发条件下的水利工程建设中具有很好的工程推广应用价值。

附图说明

图1：是本发明实施例中抬高截流戗堤下游水位的效果示意图；

图2：是本发明实施例中利用下游电站控泄，抬高截流戗堤下游水位的方法示意图；

图3：是本发明实施例中水位库容关系示意图；

上述图中，1为上游截流戗堤，2为下游大坝，3为下游水库，4为河道；

图中符号意义是，Z₀为戗堤截流时上游水位；Z₁为未抬高水库水位时，在截流时刻T_c戗堤下游水位；Z_c为设计的围堰截流下游水位；△H₁为未抬高下游水位截流时，戗堤上下游水位差；△H₂为设计水位下截流，戗堤上下游水位差；Z₂为从拟定的截流预备蓄水时间T_k开始通过控制水量到截流时间T_c时的水库水位；Z_k为截流预备蓄水时间T_k时水库水位；V_k为截流预备蓄水时间T_k时水库水量；V_c为设计的围堰截流水位下水库水量。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1和图2，本发明提供的一种利用下游水库回水减小上游水电站截流难度的方法，包括如下步骤：

步骤1：根据流域与电站水文资料，确定上游围堰戗堤截流时间T_c和该时间下截流戗堤下游水位Z₁，对应截流时上下游水头差△H₁。分析下游水位库容关系与截流戗堤下游水位抬高后对应的截流工况变化，拟定一个合理的围堰截流设计水位Z_c，使截流时戗堤上下游水位差减小到△H₂；

Z_c∈(Z_max，Z_min)，Z_max为下游电站最高水位，Z_min为下游电站最低水位。最高水位与最低水位由大坝运行设计安全水位、大坝正常运行水位、生态要求水位等条件共同确定。

设计中，过高的水库水位不易保证，戗堤下游水位太高则会造成深水截流，不利于截流。设计中选取围堰截流设计水位Z_c时，需要分析围堰截流时段水量信息，使截流准备材料满足龙口截流要求，截流难度减小，截流成功率得到提升。

步骤2：分析下游电站泄水要求和上游来水规律。拟定一个截流预备蓄水时间T_k，分析水库泄水要求，在下游电站满足水库泄水要求的条件下，设计水库从截流预备时间到截流时间期间水库控泄方案，计算该段时间的入库流量和出库流量，水库的库容增量△V和库容增加后的水库水位Z₂；

根据水文资料，水库入库水量计算为：

式中，V_入为设计的截流预备蓄水时间到上游戗堤截流时间段，水库入库水量；T_c为上游戗堤截流时间，T_k为设计的截流预备蓄水时间；Q(t)为水库上游来水流量。

下游水电站泄水水量计算为：

式中，V_出为设计的截流预备蓄水时间到上游戗堤截流时间段，水库出库水量；q(t)为水库出流量。下泄流量需要满足q∈(q_max，q_min)，q_max为下游电站最大出流量，q_min为下游电站最小出流量。最大出流量与最小出流量，依据水电站维持下游生态需求流量、保持供电输出流量、保证大坝安全要求出流量等共同确定。

水库水量变化为：

△V＝V_入-V_出(3)；

在T_c截流时间，水库总库容为：

V₂＝V_K+△V(4)；

请见图3，根据水位库容关系，得到库容V₂条件下的水库水位Z₂。

步骤3：比较Z₂与截流设计水位Z_c关系，在泄流要求范围内调整水库的下泄流量分配，或调整截流预备蓄水时间T_k，计算分析水库控泄安排，使最终水库水量控制保证水库水位Z₂在戗堤截流时间T_c时到达截流设计水位Z_c；

若计算Z₂小于Z_c，可以减小下游电站出流量，或是增加截流预备时间，保证水库水量增加能够使水库水位达到设计截流水位Z_c。同理，若计算Z₂大于Z_c，可以增大下游电站下泄流量，或是缩短截流预备时间。

步骤4：依据截流设计要求，从截流预备时间T_k到截流时间T_c之间，下游电站按照水库控泄安排运行，控制下游库容与水位，保证在截流时刻截流戗堤下游水位到达设计水位Z_c，戗堤截流。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种利用下游水库回水减小上游水电站截流难度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据流域与电站水文资料，确定上游围堰截流时间和对应的下游水库水位；计算分析该水库水位下截流时，截流戗堤上下游水头差；分析下游水位库容关系和截流戗堤下游水位抬高后对应的截流工况变化，拟定一个合理的围堰截流设计水位，使截流时戗堤上下游水位差减小，水力指标降低，合龙材料能够保证截流水力要求；

步骤2：分析下游电站泄水要求和上游来水关系；拟定一个截流预备蓄水时间，在下游电站满足水库泄水要求的条件下，设计从截流预备时间到截流时间期间的水库控泄方案，控制下游库容与水位；计算该时间段的水库入库水量和出库水量；计算水库的库容增量和库容增加后的水库水位；

步骤3：比较拟定条件下的水库水位与截流设计水位关系；根据对比关系，在泄流流量控制范围内调整水库的下泄流量分配，或调整截流预备蓄水时间，再作计算分析；使调整后水库依照设计控泄安排，在戗堤截流时间时水库水位可以达到截流设计水位；

步骤4：依据截流设计，从截流预备时间到截流时间期间，下游电站依照设计控泄安排运行，保证在截流时间截流戗堤下游水位达到截流设计水位，戗堤截流。

2.根据权利要求1所述的利用下游水库回水减小上游水电站截流难度的方法，其特征在于：步骤1中所述拟定的围堰截流设计水位高于未利用该水位调节方法在截流时刻的戗堤下游水位。