高坑水电站设计基本资料四川大学水电学院二O一O年十二月高坑水电站设计基本资料1概述通江河发源于陕西省米仓山南麓，是嘉陵江支流渠江的上源上游有大小通江2支，东支大通江为通江主流，发源于陕西省西乡罗家沟，流经檬坝、永安、碧溪、毛裕，在通江县城下游约5km处的小江口与小通江河汇合后流经广纳、澌滩、云台，于平昌县城江口镇注入巴河四川省境内干流长194km，流域面积8972km2，天然落差370m，河床比降1.76‰，水力资源理论蕴藏量14.57万KW，技术可开发量10.58万KW通江县位于四川盆地东部偏北，巴中市东北部，大、小通江交汇处地区该县东临南江县，巴中市，南连平昌县，西与万源交界，北与陕西省接壤境内自然资源丰富，有林地15.1万m2，有国家级保护树种近20种，属国家保护的珍贵动物21种通江银耳驰名中外，以溶洞群为主体的旅游资源丰富，通江县是红军入川第一县，有“一府三乡”（川陕革命根据地首府，银耳之乡，溶洞之乡，红军之乡）的美称通江县位于巴中市东北部，幅员面积4116.58km2，2003年末人口72.01万人，其中农业人口62.39万人，农民人均纯收入1295.7元县政府规划2010年和2020年人均国内生产总值将分别达到5000元及10000元。
根据巴中市和通江县的资源情况，大力开发本地的水力资源，带动丰富的矿产资源和旅游资源的开发，促进国民经济的全面发展，是振兴地方经济的必由之路本县电力建设迟缓，因此在陕西省买电维持生产根据县政府规划，近期拟建县化肥厂、精细化工厂、缫丝厂、煤矿扩建、天然气开发、洪水河风景区开发、程控开发等项目，新增装机需2.0万千瓦以上高坑电站的建设投产，可使电力建设与经济建设同步，对摆脱通江县贫困局面将是很关键的措举2 水文2.1 流域概况通江河发源于陕西省米仓山南麓，是嘉陵江支流渠江的上源上游有东、西大小通江二支：东支大通江为通江主流，源于陕西省西乡县罗家沟，由北东向西南流，在两河口入四川省通江县境，全长142km，流域面积4565km2；西支小通江，源出陕西省南郑县广家乡大红岩，由北向南，在新潮乡十字河处入四川省通江县境，全长154km，流域面积1877km2大小通江在小通江过通江县城的下游约5km处的小江口汇合后始称通江通江干流向南至平昌县望江沱从左岸汇合巴河通江全长223km，平均坡度1.76‰，流域面积8705km2通江与巴河交汇后合称巴河，巴河至渠县三汇镇与左岸支流州河交汇后称渠江，渠江在合川县境自左岸入嘉陵江。
通江流域地处四川盆地东北边缘地区，东南面与州河流域相邻，西南同巴河流域相连，北靠大巴山、米仓山与汉江流域相傍流域地理位置介于东经107°15′～108°00′、北纬31°37′～32°42′之间，流域形状略似扇形流域地势由北向西南倾斜，北高南低，地形北陡南缓，处于中山向低山丘陵过渡地带，属盆周中低山区流域内山高坡陡，峡谷各地皆有北边流域分水岭主峰巴山海拔高程2413m，通江河口高程约292m，高低相差达2100余米由于地表水流的强烈浸蚀和切割，流域地貌多变且破碎地貌形态大致可分为：北部为中切割岩溶地貌区，山顶海拔高程1200～2000m；中部为中山区，山顶海拔高程1000～1500m；南部为低山区,山顶海拔高程700～1000m，约占全流域面积的23％左右；河流冲洪积地貌零星分布于沿河两岸流域内大部分地区为山区，由于地理条件等原因，森林分布极不均匀，自然覆盖率很不平衡，北部略为28％，中部20％，南部地区仅占8.3％，平均森林覆盖率为20％左右由于过去乱砍乱伐森林，蓄水保水能力降低，枯期河道径流减小通江上、中游支流密布，呈树枝状发育流域内大于100km2集水面积的支流有12条，大于500km2的河流除小通江外还有3条，其中有大通江上的支流有钢溪河和月滩河。
中游干流上有较大支流澌滩河通江上游河道坡度陡峻，下游较缓，两河口至长坪段平均坡降约5‰，长坪至小江口2.43‰，小江口至平昌0.89‰河槽呈“U”形小江口以下，河道蜿蜒曲折，沙滩、沙州、漫滩相间分布2.2 气象通江流域属亚热带润湿季风气候区总的气候特点是：气候温和、雨量丰沛、霜雪期短、湿度大、阳光充足、大陆性季风气候显著流域内的气温因地形、地势和位置不同而异据通江县气象站资料，其年平均气温为16.6℃，历年最高气温出现在6～9月，8月平均气温最高为27.3℃，极端最高温度40.4℃历年最低气温发生在11～3月，1月最低，平均气温为5.5℃，极端最低气温-6.2℃本流域地处大巴山暴雨区，据流域各雨量站资料统计，多年平均降水多在1000～1300mm之间通江县境内多年平均水面蒸发量1183.9mm多年平均风速1.20m／s，最大风速15.5m／s，瞬时最大风速20m／s（风向NNW）2.3 水文基本资料通江流域水文观测年限较长的主要水文（位）站，干流上设有杜家河水文站，上游大通江上有碧溪水文站，支流小通江上有青峪水位站，中游支流澌滩河上有神口河水文站，均属国家基本站各站基本情况，观测项目及年限见表2.1。
通江流域各水文站观测资料情况统计表表2.1河 名流入何处站 名集水面积（km2）观测项目及起迄时间水位流量泥沙小通江通江青 峪12811965~今大通江通江碧 溪21241958~今1958~今1959~今澌滩河通江神口河5191958~今1958~今通 江巴河杜家河67421958~今1958~今1963~今巴 河 渠江 七里沱63821954~今5954~今1954~今巴 河渠江风 滩165951953~今1953~今1956~1978高坑水电站上坝址位于通江干流杜家河水文站上游约29km，控制集水面积6575km2，占杜家河水文站集水面积6742km2的97.5％区间均不到杜家河站的3％，无支流加入，水文情势变化一致高坑水电站的水文计算以杜家河站为设计依据站2003年,杜家河水文站又上迁约34km到春载场，更名为通江水文站距离下游高坑水电站初设选择坝址（上坝址）约5km，控制通江河集水面积6455km2, 占通江流域面积的74.2% 2.4 径流杜家河站具有1959～现在流量资料高坑水电站设计采用1559～2002年共44年实流量资料2.4.1 径流特性通江流域的径流主要由降雨形成，枯水期有少量地下水和融雪补给。
实测资料表明，年际间径流的年内分配差异很大通江流域内降水的年内分配极不均匀，加之流域涵养水分、蓄水保水能力差，地下水补给很小，造成通江枯水期流量特小杜家河站历年实测最小月平均流量为7.89 m3／s，实测最小日平均流量3.76 m3／s2.4.2 径流计算将杜家河站的年平均流量和枯期平均流量分别按大小顺序排列，用数学期望公式计算其经验频率，即Pm＝m／(n＋1)分别点绘年平均流量、枯期平均流量与相应经验频率关系点据，采用矩法估算统计参数，以P-Ⅲ型曲线适线，确定与经验频率关系点据配合较好的频率曲线的统计参数2.4.3 设计代表年选择及电站来水计算高坑水电站水库库容不大，调节能力小，设计代表年的选择应同时考虑年径流和枯期径流的频率接近于90％（枯水年）、50％（中水年）、10％（丰水年）杜家河站历年径流月分配变化很大，拟选出五个代表年综合反应其年际、年内变化2.5 洪水2.5.1 洪水特性通江的洪水由暴雨而形成暴雨主要集中在6～8月每年暴雨次数4～6次日降水大于100mm的大暴雨多在盛夏的7、8月份流域北部暴雨大于南部，暴雨中心在流域上游平溪、永安一带1965年7月13日杜家河水文站实测洪水15000 m3／s，是历史记载以来通江发生的最大洪水。
同年最枯流量为11.0 m3／s，洪枯水位差为22.1m通江洪水陡涨陡落，洪水过程多为复峰，历时3～6天2.5.2设计洪水杜家河站有44年实测洪水资料系列，测站控制良好，洪水资料可靠将杜家河站实测洪水资料系列与历史洪水资料共同组成一个不连续洪水系列，分别计算二次特大洪水和实测洪水的经验频率，点绘洪峰流量经验频率关系，用矩法初估统计参数均值和Cv，采用P-Ⅲ曲线适线，调整参数均值、Cv和Cs值，尽可能与经验频率关系点拟合高坑水电站设计洪水成果表表2.2均值（m3/s）CvCs/ Cv不同重现期（％）流量（m3/s）0.20.5123.335102050高 坑64100.502.019600176001610014600139001240010700885059002.6泥沙2.6.1悬移质杜家河站具有1963～1975年、1982～现在悬移质泥沙测验资料该站泥沙测验符合水文测验技术规范要求将杜家河站40年悬移质输沙量按大小排位，第m项输沙量的经验频率Pm按数学期望公式Pm＝m/(n+1)计算，点绘各年输沙量与相应经验频率Pm的关系点用矩法初算输沙量序列的统计参数均值和Cv值采用P-Ⅲ频率曲线适线，最后求得杜家河站年输沙量的统计参数。
高坑电站闸址断面的悬移质输沙量特征值由计算闸址径流资料和杜家河站相应的含沙量推算求得，其多年平均输沙量为359万t2.6.2推移质高坑水电站坝址推移质输沙量采用水力学公式估算，求得该河段年平均推移质输沙量为3.50万t3工程地质3.1工程概况高坑水电站为河床式水电站，水电站拟装机容量为1.5万kw，由拦河闸、发电厂房等组成闸高29.1m，正常蓄水位340.5米，引用流量122.0m3/s,雍水高16.5m库区河流流向大通江河为S28°W到坝址区转为正东水库达正常高水位340.5m时，水库最大深度16.5m，回水长度大通江河19.2Km，小通江河6.8Km库区地貌属剥蚀、侵蚀低山丘陵地貌，地势北高南低，河谷深切，主河道弯曲延绵，河床宽缓平坦，呈“U”形大通江为本区最低侵蚀基准面，分水岭宽厚，邻谷谷底高于水库正常高水位，无向邻谷渗漏的地形条件沿河基岩（J23p细砂岩、泥岩）大部裸露，冲积层零星分布，厚度不大砂岩和泥岩为非可溶性岩石，透水性小，不构成向邻谷渗漏的通道库区主要构造形迹有乱石子鼻状背斜、云顶寨—沿山场向斜及通江逆断层、杨望山逆断层、云顶寨逆断层，构造线呈弧形，与通江河段斜交褶皱平缓，倾角小，一般4°～6°，局部达10°。
库内断层均属压扭性逆断层，属阻水断层，且都位于库区分水岭以内，故断层不构成渗漏通道综上所述，拦河闸以上的库区是分水岭以内地表水、地下水的唯一汇水区，分水岭高出河水面350m以上，四周山势雄厚，库底和水库周边岩体透水性微弱，与邻近河道相距甚远，无通向库外的渗漏通道，故水库蓄水后，不存在库水渗漏的工程地质条件3.2区域地质概况区域地质述及范围：北起九浴溪水电站，南至樟潼庙，长18km；西起苗南垭，东至麻石场，宽14km，面积252 k㎡3.2.1地层岩性高坑水电站位于四川盆地东北部，测区内地层由中生界白垩系下统和侏罗系上统内陆河湖相碎屑岩组成，第四系全新统松散堆积层以冲洪积为主，零星分布于河漫滩及阶地上，残坡积及崩积一般分布于河谷两岸坡现将区内出露地层情况由老至新分述如下：1．侏罗系上统（J3）蓬莱镇组上段（J23P）2．白垩系下统（K1）1）苍溪组（K1C）；2)白龙组（K1b）；3)七曲寺组（K1q）3．第四系（Q）1)第四系上更新统（Q3）；2)第四系全新统（Q4）3.2.2地质构造及区域稳定性区域内出露的向斜和断层有下列几条：1．云顶寨—沿山场向斜2．石庙梁鼻状背斜3．马家坪向斜4．乱石子鼻状背斜。
5．通江逆断层（F1）6．杨望山逆断层（F2）7．云顶寨逆断层（F3）本区构造形迹均属白垩纪末期燕山运动所造成，挽近期处于相对稳定阶段区内历史地震频率低，烈度小，不存在发震断裂，本区地震动峰值加速度值为0.05g，对应地震基本烈度为Ⅵ度3.2.3 水文地质第四系松散堆积层孔隙水：一般以潜水形式埋藏于通江河河床、阶地冲洪积层和河谷两岸岸坡残坡积层及崩积层中基岩裂隙水：测区地层隔水性稍好，且河岸临空，排泄条件好，故地下水不易赋存3.2.4地貌及物理地质现象区内河流呈树枝状，水系发育，大、小通江河为主要河流由于侵蚀作用较强烈，河谷深切，河床宽缓平坦，一般呈“U”形，河床宽度一般140～250m沿河基岩大部裸露区内阶地不甚发育，沿河两岸断续分布有Ⅰ级阶地区内物理地质作用以风化和剥落为主，次为崩塌及滑坡经在工程区(水库)范围及坝区附近调查，在测区和工程区通江河流域段其不良物理地质现象甚少，对工程区(水库)范围内及坝区附近的地质灾害主要有两处滑坡，调查评价如下：1．1号滑坡：位于通江河左岸苟家坝，坝址区上游2.5Km处2．2号滑坡：位于通江河左岸赵家坪，坝址区上游3.7Km处滑坡位置均较高，对水库影响不大。
3.3天然建筑材料根据就近原则，按设计需要量选了5个料场，其中包括1个粘性土料场，1个块条石料场以及3个砂卵砾石料场基本查明5个料场分别可提供砂卵砾石料48.5×104m3，块条石料＞10×104m3，防渗土料5.6×104m3，各料场储量总和能够满足设计要求1．斑竹院砂卵砾石料场斑竹院砂卵石料场位于坝址区下游1.6km处的通江河左岸2．春载砂卵砾石料场春载砂卵砾石料场位于坝址区上游3.9km处的大通江河段上3．胡渡坝砂卵砾石料场胡渡坝砂卵砾石料场位于坝址区下游约5.0km处的通江河左岸坝（厂）址岩石物理力学建议指标值层位岩性名称密度（g/cm3）比重湿抗压mpa允许承载力mpa变性模量EoGpa弹性模量EGpa抗剪断强度(切层)抗剪强度(顺层)砼/岩抗剪强度开挖边坡天然饱和f1CMpafCMpafCMpa临时永久J3P2砂岩2.512.672.7030～322～2.225～2.93～3.20.8～0.850.6～0.70.55～0.600.70.31:0.1～1:0.251:0.25～1:0.5泥岩2.632.662.719～100.6～0.71～1.21.2～1.40.6～0.650.30.33～0.3500.450.11:0.25～1:0.51:0.5～1:0.754工程任务和规模4.1河流规划通江河发源于陕西省米仓山南麓，是嘉陵江支流渠江的上源。
在四川省境内干流长194km，流域面积8972km2，天然落差370m，河床比降1.76‰，水力资源理论蕴藏量14.57万KW，技术可开发量10.58万KW，年发电量4.83亿KW·h4.2综合利用要求和电站开发任务在通江河初步规划研究阶段，提出本河中上游的开发任务，以单一发电为主；下游的开发任务为发电、航运及防洪高坑水电站下游的通江河无防洪要求，只有电站上游的通江县城有防洪问题，通江县城的防洪标准为20年一遇洪水，通江县城的防洪控制高程为355.81m，在高坑水电站正常蓄水位选择时须予以考虑因此本电站的开发任务为以发电为主，兼顾防洪4.3径流调节高坑水电站坝址位于通江河干流上，流域面积为6575km2，坝址下游约25km处有杜家河水文站，流域面积为6742 km2，为巴中地区基本站，有1959年～2002年共44年实测径流系列，按流域面积比推算至本电站坝址，多年平均流量为137 m3／s采用频率分别为10％、50％及90％左右的丰、中、枯五个代表性水文年作为径流调节计算的依据丰水年1974～1975年及1963～1964年；中水年为1992～1993年；枯水年为1999～2000年及1962～1963年。
4.4 水库运行水位选择4.4.1 正常蓄水位根据地形、地质、水库淹没、与上游九浴溪电站尾水的合理衔接、通江县的防洪要求等条件，推荐正常蓄水位为340.5m4.4.2 死水位从满足日调节的需要出发，推荐死水位为340.35m4.5 装机容量选择从电站动能经济指标、系统净效益现值及业主生产运营要求等方面综合分析，推荐本电站装机容量为15MW，多年平均年发电量5984.13万kW·h，年利用小时数3989h本电站推荐2台机组方案，机组单机容量为7.5MW4.6 额定水头选择本电站为低水头河床式水电站，水头的变化主要取决于下游尾水的变化，经计算，本电站最大水头为16.63m，最小水头为12.98m，年加权平均水头为15.16m鉴于本电站水头变幅不大，降低1m额定水头年发电量仅增加0.025％，为了减少电站受阻出力和受阻电量，而又不致过大的增加电站投资，本电站额定水头应在12.9m～14.4m之间选择，但必须低于汛期加权平均水头15.09m，高于最小水头12.98m经综合分析确定本电站额定水头为14m4.7 电站运行方式及能量指标为了减轻泥沙淤积，延长水库寿命，保证电站长期安全运行，本电站采取汛期不定期冲沙调度方式，因此，本水库的运行方式为：枯水期（11～4月）根据电网调峰需要，水库水位在340.5m～340.35m变动；汛期（5～10月）水库水位在340.5m运行，当入库流量大于1500 m3/s时，开闸敞泄冲沙。