水電站施工研究管理論文

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棉花灘水電站位于福建西部汀江干流與廣東交界處，壩址以上流域面積7907km2，壩址多年平均流量232m3/s，實(shí)測(cè)最大流量8140m3/s，多年平均降水量1657.1mm，降水量在年內(nèi)各月分布極不均勻，其中3～9月降水量占年降水量的83%，3月份即進(jìn)入汛期。上游干流有金山水電站，集水面積3680km2，上杭水文站流域面積5888km2；支流舊縣河上有磯頭水電站，集水面積1276km2；臨近壩址有支流黃潭河匯入，集水面積約1000km2，上有豐稔水位站；壩址下游約500m有另一支流永定河匯入，集水面積約1100km2。主體工程開工前，建設(shè)方已投入人力物力認(rèn)真開展了水文工作。至施工單位進(jìn)點(diǎn)時(shí)，已打下了水文工作基礎(chǔ)，如兩年的實(shí)測(cè)洪水資料、流域水文報(bào)汛站網(wǎng)、施工區(qū)域的水文觀測(cè)設(shè)施等等。

1預(yù)報(bào)方案

1.1一般方法

因電站施工期短，洪水預(yù)報(bào)方案采用常規(guī)方法。

上杭至棉花灘壩址洪水傳播時(shí)間為4～8h，洪水預(yù)報(bào)采用合成流量法，即以上杭洪峰流量與豐稔3h后流量之和與壩址洪峰流量建立相關(guān)圖，以區(qū)間雨量為參數(shù)。為延長(zhǎng)預(yù)見期，由上游各支流站河田、濯田、桃溪、楊家坊流量之和，以金山、磯頭水電站泄流量調(diào)校，預(yù)報(bào)上杭站流量；此外，還有上杭站的降雨徑流預(yù)報(bào)圖。

1.2永定河頂托問題的處理

有少數(shù)洪水，如960802、960808，根據(jù)上游來水預(yù)報(bào)，無論怎樣調(diào)整預(yù)報(bào)圖，總是有很大的誤差，壩下水位甚至達(dá)4m以上。經(jīng)查，這幾場(chǎng)洪水發(fā)生時(shí)永定河是暴雨中心區(qū)，洪水非常大，對(duì)汀江干流造成很大的頂托作用。為此，筆者突破常規(guī)，將流域外的永定河水位也引入預(yù)報(bào)體系，建立多元回歸預(yù)報(bào)方程。還原結(jié)果顯示，永定河的頂托問題得到了解決，連無頂托影響的洪水的還原精度也有了提高，還原誤差由平均0.95m（最大4.10m）降至0.31m（最大1.07m）。

1.3水位流量關(guān)系曲線的修訂

由于是在河床施工，河道水位流量關(guān)系經(jīng)常變化，因此我們對(duì)其不斷進(jìn)行修訂，以保證做出正確的水位預(yù)報(bào)。

1.4調(diào)洪演算

2000年汛期大壩已升高，壩頂不再參與泄洪，洪水時(shí)水流由導(dǎo)流洞及孔底高程為115.4m的泄水底孔宣泄。因兩孔過流能力有限，洪水時(shí)壩前水位將壅高。2000年初我們預(yù)先繪制了調(diào)洪演算圖，對(duì)預(yù)報(bào)方案也做了修訂。同時(shí)，根據(jù)不同頻率設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算成果，繪制了入庫洪峰與壩前最高水位相關(guān)圖，供較粗略的預(yù)報(bào)使用與參考。

2洪水預(yù)報(bào)

施工洪水預(yù)報(bào)必須密切配合施工，滿足施工要求。總體而言，1998年施工對(duì)小洪水預(yù)報(bào)要求高，1999年中等以上洪水的預(yù)報(bào)比較重要，2000年以后施工形勢(shì)只要求大洪水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。

2.11998年汛期

閩江工程局1998年2月中旬進(jìn)駐棉花灘工地，水文報(bào)汛及預(yù)報(bào)體系尚未實(shí)施。雖然在河床無施工任務(wù)，但承接洪水預(yù)報(bào)任務(wù)后，立即布設(shè)了兩個(gè)應(yīng)急報(bào)汛站(金山和磯頭站)，3月初開始報(bào)汛。3月7、8兩日流域普降大雨，9日接連得悉金山、磯頭兩電站大流量泄洪的信息后，經(jīng)估算，先后于中午和下午2時(shí)向業(yè)主、監(jiān)理和兄弟單位傍晚汀江洪水達(dá)2500m3/s及午夜出現(xiàn)4000m3/s洪峰流量的預(yù)報(bào)。實(shí)況是18：00洪水漫過導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰，圍堰隨后垮塌；23:30洪峰到達(dá)，洪峰流量約4100m3/s，為1998年最大洪水。及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)使兄弟單位在進(jìn)口圍堰垮塌之前從尚未完工的導(dǎo)流洞內(nèi)安全撤出了人員和大量設(shè)備物資，避免了人員傷亡和重大損失。

2.2導(dǎo)流洞圍堰修復(fù)與拆除期

導(dǎo)流洞圍堰沖毀后，業(yè)主將圍堰的修復(fù)及拆除、進(jìn)出口的尾工等工作交由閩江工程局承擔(dān)。汛期在河床進(jìn)行圍堰修筑風(fēng)險(xiǎn)極大，因而洪水預(yù)報(bào)，特別是中小洪水預(yù)報(bào)尤為重要。為此，我們密切注意汀江上游水情及流域雨情，一有洪水發(fā)生即認(rèn)真做好分析和預(yù)報(bào)。這期間共進(jìn)行了7場(chǎng)中、小洪水預(yù)報(bào)，平均誤差0.29m。一次次及時(shí)正確的洪水預(yù)報(bào)，為保證圍堰修復(fù)及拆除期間人員與設(shè)備的安全作出了貢獻(xiàn)，使該項(xiàng)艱巨任務(wù)順利完成。

2.31999年汛期洪水預(yù)報(bào)

與1998年汛情相反，1999年首場(chǎng)明顯洪水遲至5月下旬才發(fā)生。5月24日起流域普降大至暴雨，26日汀江水位快速上漲，中午做出24:00洪水將過圍堰、壩頂過流的預(yù)報(bào)；21:0027日5:00出現(xiàn)“洪峰流量4500m3/s”的預(yù)報(bào)。生產(chǎn)指揮機(jī)構(gòu)及時(shí)布置抗洪工作，大壩碾壓混凝土填筑照常施工。實(shí)況是洪水過堰時(shí)間及洪峰預(yù)報(bào)非常準(zhǔn)確。此后，7～8月間又出現(xiàn)了2～3次較小洪水，均了準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，積極配合了施工。幾次預(yù)報(bào)在水位變幅達(dá)十幾米的情況下，平均誤差為0.35m。

2.42000年洪水預(yù)報(bào)

2000年4月中旬，大壩已全面澆筑至148.0m高程以上，可抵御百年一遇洪水。進(jìn)入汛期后，汀江流域長(zhǎng)期無汛情，壩址斷面僅發(fā)生數(shù)次流量1000m3/s左右不明顯的小洪水。8月23日碧利斯臺(tái)風(fēng)登陸后西行，汀江流域大范圍暴雨，降雨量在200～300mm間，其中太拔303.0mm，汀江水位暴漲。業(yè)主、施工方密切配合，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握上游雨水情及其變化，8月25日下午根據(jù)預(yù)測(cè)上杭站4800m3/s洪峰，預(yù)報(bào)入庫洪峰5200m3/s，經(jīng)調(diào)洪演算預(yù)報(bào)次日棉花灘壩上最高水位125.0m，出庫流量3800m3/s。實(shí)況是26日17時(shí)壩上最高水位123.86m（預(yù)見期內(nèi)變幅26.83m），出庫流量3700m3/s。入庫洪峰5200m3/s，為年最大，相當(dāng)于8月份50年一遇洪水。

3月長(zhǎng)期洪水預(yù)報(bào)

進(jìn)入1999年2月份后，大壩碾壓混凝土施工要達(dá)到度汛目標(biāo)的任務(wù)非常艱巨，而上游圍堰又尚未完工，生產(chǎn)決策層迫切需要3月份的洪水預(yù)報(bào)以便作出決策與部署。為此，施工方斥資收集補(bǔ)充了大量的水文氣象資料進(jìn)行預(yù)報(bào)分析計(jì)算，于2月底了“3月份洪水不大可能過堰”、“3月份更大可能為枯水月”的預(yù)報(bào)，從而讓決策層下決心全力搶筑大壩，并制定了必要的預(yù)防洪水過堰的措施。此后又分別做了4月份、5月份的月最大洪水預(yù)報(bào)。2001年棉花灘水庫蓄水期及調(diào)度運(yùn)行期間，根據(jù)施工需要也進(jìn)行了分月長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。主要采用的方法有：

(1)多元回歸。經(jīng)相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)月特征值存在某些周期性變化（如32a、16a、28a等）。經(jīng)篩選，建立月最大流量與前期某些月的特征值（月最大流量、月平均流量、月雨量、期間雨量）的回歸預(yù)報(bào)方程。

(2)年最大流量、年最大發(fā)生月（包括年最大發(fā)生間隔時(shí)間）的自回歸預(yù)報(bào)。

(3)歷史比照。尋找與當(dāng)前形勢(shì)相似的年份，從而做出判斷。

(4)結(jié)合長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)，設(shè)定各種可能的降雨形式，配合當(dāng)前河道水情及可能發(fā)展的水情，按洪水預(yù)報(bào)方案進(jìn)行計(jì)算。

月最大流量預(yù)報(bào)成果與驗(yàn)證見表1。

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4幾點(diǎn)體會(huì)

(1)做好前期水文工作。隨著先進(jìn)技術(shù)和機(jī)械設(shè)備的采用，水電工程建設(shè)周期越來越短，洪災(zāi)可能會(huì)給工程帶來巨大的損失，特別是工期方面的損失。因此，做好前期水文工作非常重要。

(2)充分借助地方水文系統(tǒng)。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的形勢(shì)下，承擔(dān)施工期洪水預(yù)報(bào)的責(zé)任單位（業(yè)主或施工方）不可能配備完善的水文隊(duì)伍與設(shè)施，只有充分利用地方已有的水文系統(tǒng)的資源，如報(bào)訊站網(wǎng)、設(shè)施、技術(shù)力量等，才能快速進(jìn)入“狀態(tài)”，達(dá)到事半功倍的效果。

(3)要有自己的有經(jīng)驗(yàn)的水文專業(yè)人才。施工洪水預(yù)報(bào)與一般的江河洪水預(yù)報(bào)有所區(qū)別，因水電站施工常常對(duì)中小洪水預(yù)報(bào)有很高的要求。此外諸如不同施工階段的不同要求、河床斷面過流條件的不斷變化等，預(yù)報(bào)人員均須掌握。有了自己的有經(jīng)驗(yàn)的水文專業(yè)人員，才能做到密切配合施工。

(4)講究實(shí)效，力求簡(jiǎn)便。不同于高等院校和科研單位，限于財(cái)力、人力和時(shí)間，施工期洪水預(yù)報(bào)不刻意追求理論嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒āo論是站網(wǎng)規(guī)劃還是預(yù)報(bào)方法，宜從簡(jiǎn)。只要能保證預(yù)報(bào)精度，古老的傳統(tǒng)方法仍是有生命力的預(yù)報(bào)工具。分月長(zhǎng)期平均流量、最大流量預(yù)報(bào)對(duì)水電站水庫調(diào)度運(yùn)行有積極意義，有進(jìn)一步深入完善的價(jià)值。