水电站尾水位的确定例析

1、工程概况

水电站为广东省某水库附属水电站，电站装机容量为3500KW，发电引水流量为5.65m3/s，3台发电机组，其中1台装机流量为1.55 m3/s，2台装机流量为2.05 m3/s。尾水渠长100m，宽1.5，边坡m=1.5，尾水渠出水口高程93.65m，尾水渠进水口高程93.7m，渠道比降0.0005。最低尾水位按1台机组满发电时，流量为1.55m3/s；正常尾水位按3台机组满发电时，流量为5.65m3/s。

电站防洪设计标准为50年一遇，校核标准为100年一遇。水库100年一遇的泄洪流量为326m3/s，水库100年一遇的泄洪流量为532m3/s。

水电站所属河流无实测的水位流量关系资料，电站下游1.2km处有一处水陂，水陂为M7.5浆砌石重力陂，陂身总长度57.0m，其中溢流段陂长39.0m，陂高5.0m，陂顶高程.75m，陂面宽1.6m：非溢流段陂长18.0m（左岸陂长15.0m，右岸坡长3.0m），陂高7.0m，陂面宽2.3m；陂中间防渗墙为C20砼厚40cm，陂迎水面为M1.0水泥砂浆批荡，背水面为勾凸缝。

由于缺乏实测水位流量关系资料，本次分析计算采用电站厂区下游河道的水陂作为控制断面，推求出设计断面的水位流量关系曲线，再对尾水渠采用明渠非均匀渐变流的方法确定电站尾水位。

2、控制断面（水陂）的水位流量关系分析计算

选取水陂作为控制断面，水陂为高5.0m，陂顶高程88.0m， 陂面宽1.6m，非溢流段陂长18.0m（左岸陂长15.0m，右岸坡长3.0m），陂高7.0m， 陂面宽2.3m。水陂过流按实用堰堰流基本公式计算水陂上断面的水位。

经计算100年一遇设计洪水时H=4.73m，P1〈1.33H，堰为高堰，Hd=（0.75～0.95）Hmax，Hmax为校核流量下的堰上水头。该堰为低堰，m值按表1取值。水陂水位流量计算结果见表2.

3、电站尾水处水位流量关系分析计算

电站尾水处水位流量关系的推求，利用水陂的水位流量关系，采用天然河道水面曲线伯努利能量方程，考虑流速水头损失，试算法求解，计算公式为：

计算水面曲线时，需考虑沿程众多桥梁的壅水问题。桥梁的壅水计算利用桥墩上、下游有效断面流速水头计算壅水高度。

经计算水陂至电站尾水处的水面线见下表2和表3，电站处（断面12处）100年一遇设计水位为96.34m，200年一遇设计水位为96.39m。

4、正常尾水位和最低尾水位的确定

发电流量5.65m3/s，尾水渠长25m，矩形断面，底宽2.00m，尾水渠渠首高程93.54m，渠道比降0.001，最低尾水位按1台机组满发电时，流量为1.55m3/s；正常尾水位按3台机组满发电时，流量为5.65m3/s。尾水渠渠道水面线按明渠非均匀渐变流计算；

1）渠道临界水深hc采用下式计算：

最低尾水位时，电站1台机组满发时的流量是1.55m3/s；正常尾水位时，电站3台机组满发时的流量是5.65m3/s。根据尾水渠临界水深计算表可知，最低尾水位时，渠道的临界水深约为0.4m；正常尾水位时，渠道的临界水位约为0.94m。

2）正常水深h0的计算

渠道正常水深h0采用下式计算：

根据尾水渠正常水深計算表可知，最低尾水位时，渠道的正常水深为0.58m；正常尾水位时，渠道的正常水位为1.51m。

3）渠道水面线计算

经计算：最低尾水位时，渠道正常水深为h0=0.58m；

正常尾水位时，渠道正常水深为h0=1.51 m；

最低尾水位时，渠道临界水深为hc=0.40m；

正常尾水位时，渠道临界水深为hc=0.94m；

最低尾水位时和正常尾水位时，h0>hc，故两种情况尾水渠为缓底坡，由于尾水渠出口处高于河床3m，正常情况下，下游河道对尾水渠排水没有影响，最低尾水位时尾水渠出口处水深为0.40m，正常尾水位时尾水渠出口处的水位为0.94m，采用明渠非均匀渐变流计算分别计算尾水渠的最低尾水和最高尾水位时的水面线，计算结果见表4、表5。

4）电站设计尾水位和最低尾水位

尾水渠最低尾水位时渠首水深为0.54m，正常尾水位时渠首水深为1.11m，由于尾水渠渠首底高程为93.54m，因此电站最低尾水位为94.08m，正常尾水位为94.65m。

5、电站最高尾水位

水库按100年一遇的泄洪流量为532m3/s泄洪，外河道水位为96.11m。渠道出口水深h=4.175m，h>h0>hc，所以起始水深按4.175计算，采用明渠非均匀渐变流计算渠道最高尾水位，计算结果见表6。

由上表可知最高尾水位时，尾水渠渠首水深2.59m，因此最高尾水位为96.13m。