龍開口水電站初期下閘蓄水規(guī)劃設計與實施

董寶順，任金明，呂國軒，陳曉芬

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州，310014）

0 前言

龍開口水電站位于金沙江中游、云南大理州與麗江市交界的鶴慶縣朵美鄉(xiāng)龍開口村河段上，電站距鶴慶縣城現(xiàn)有公路里程約100 km，是金沙江中游河段規(guī)劃的8個梯級電站中的第6級，上距金安橋水電站41.4 km，下距魯?shù)乩娬?9.5 km，工程規(guī)模為大（1）型，電站正常蓄水位1 298.00 m，死水位1 290.00 m，總裝機容量1 800 MW（5×360 MW），正常蓄水位對應的庫容為5.07億m3。

龍開口水電站采用全年圍堰、左岸明渠導流方案。設計對施工導流相關的明渠布置、水工水力學、水工結(jié)構、閘門振動等問題開展了深入研究，提出了合理的初期下閘蓄水方案。經(jīng)研究分析，采用導流底孔閘門局部開啟的過流方式，下泄環(huán)保流量，滿足環(huán)保要求。

1 水庫初期蓄水規(guī)劃設計

1.1 蓄水方案擬定

根據(jù)工程的施工進度計劃，2012年12月底首臺機組發(fā)電，由于機組需要一定的調(diào)試時間，水庫應盡早下閘蓄水至死水位，才能保證年底發(fā)電的計劃順利實現(xiàn)。綜合考慮上游入庫流量的不確定性，對2012年11月上旬、中旬、下旬三個下閘時間進行下閘蓄水分析。至首臺機組投產(chǎn)發(fā)電前，分階段由導流底孔、沖沙底孔和泄洪中孔組合方式向下游放水，以滿足下游380 m3/s環(huán)保用水要求。

1.2 水庫初期蓄水原則

根據(jù)分析，龍開口水庫初期蓄水遵循以下原則：（1）初期蓄水考慮水庫蓄水至死水位1 290.00 m；（2）在確保水庫蓄水期間工程安全及庫岸穩(wěn)定要求的前提下，使水庫盡可能多蓄水；（3）水庫蓄水期間需要下泄一定的流量，以滿足下游綜合用水的基本需求；（4）結(jié)合各閘門下閘的技術要求，蓄水方案要做到技術上可行，并具有可操作性。

1.3 導流底孔下閘蓄水程序

導流底孔下閘蓄水前參與導流的泄水通道為2個導流底孔、1個沖沙底孔、4個泄洪中孔和5個溢流表孔。導流底孔下閘蓄水后泄水通道為1個沖沙底孔、4個泄洪中孔、5個溢流表孔及發(fā)電機組。

為滿足導流底孔下閘時向下游下泄380 m3/s生態(tài)流量的要求，推薦下閘程序為：首先將1號導流底孔閘門一次下閘至1 214.50 m高程，上游來水全部由2號導流底孔下泄。為滿足下游環(huán)保流量要求，需分2步將2號導流底孔閘門沉放到位：首先將2號導流底孔閘門下閘至1 217.50 m高程待命，閘門局部開啟下泄環(huán)保流量；待上游水位上升至1 240.50 m時，4個泄洪中孔和1個沖沙底孔的下泄流量可滿足環(huán)保流量要求，此時打開4個泄洪中孔和1個沖沙底孔，同時將2號導流底孔閘門下閘至1 214.50 m高程，2個導流底孔閘門下閘完成。2個導流底孔閘門下閘完成后，水庫初期蓄水期間由泄洪中孔和沖沙底孔組合方式向下游泄放380 m3/s流量，以滿足下游河道生態(tài)流量的要求。

圖1 下閘蓄水時泄水通道上游視圖Fig.1 View of drain channel upstream in impoundment period

1.4 閘門局部開啟模型試驗研究

推薦下閘程序中采用了閘門局部開啟的運行工況，為保證此方案安全可靠，更好地掌握導流底孔閘門局部開啟時的泄流能力和空化空蝕特性，進行了專項模型試驗研究。試驗研究成果如下：

（1）在控泄工況下，導流底孔下泄流量能滿足下游供水要求，閘門局部開啟范圍小，各試驗工況的流量系數(shù)差別不大。

（2）閘門開度小，門后導流底孔洞身段全流程均為明流。

（3）封堵門下游自由出流，閘孔泄流能力、閘門動力荷載和流激振動基本不受下游流態(tài)變化影響。

（4）控泄工況下運行，因流速不大，導流底孔洞身段不致造成水流空化和空蝕。

（5）封堵門采用后止水，后門槽空間較小，槽內(nèi)動水壓力最大。在控泄工況下，門槽內(nèi)無大的漩渦出現(xiàn)，閘門側(cè)水流往中偏轉(zhuǎn)有“聚中”現(xiàn)象。

（6）門槽段水流空化空蝕與運行庫水位和閘門開度有以下關系：①門槽段不致發(fā)生水流空化空蝕的條件：在控泄既定閘門開度下，若控泄水頭差△H＜20.00 m，門槽段不致發(fā)生空化和空蝕；最高控泄水位H上=1 244.50 m工況，閘門開度e＜2.50 m，門槽段不致發(fā)生空化和空蝕；②門槽段可能發(fā)生一定程度的水流空化空蝕的條件：在水庫控泄水位H上=1 236.50～1 244.50 m 和閘門開度e=2.50～4.00 m時，門槽段可能發(fā)生一定程度的空化空蝕；③在水位高、水頭差大情況下，閘門采用小開度運行，將有利于減小門槽段水流空化空蝕；閘門按“高水位，小開度”和“低水位，大開度”操作，對減少水流空化空蝕有利。

導流底孔前水位維持在下閘設計控泄水位時，閘門不同開度時的水流流態(tài)見圖2。

圖2 閘門開度e=3.0 m和e=1.0～1.5 m閘下水流流態(tài)Fig.2 Flowregimeundersluicegatewithe=3.0m,1.0～1.5 m

1.5 初期蓄水分析

根據(jù)龍開口水電站施工進度計劃安排，分別對龍開口水電站在2012年11月上旬、中旬、下旬三個時間下閘進行蓄水計算。

月徑流系列為1939年6月～2005年5月共66年，選取平水年（P=50%）、枯水年（P=85%）共2個代表年日徑流進行蓄水復核分析。

（1）采用代表年日徑流資料進行蓄水計算。

蓄水計算成果表明金沙江中游來水充沛，而龍開口水電站庫容較小，水庫蓄水速度較快。

采用66年月平均徑流系列進行蓄水計算，龍開口水電站從下閘至首臺機組發(fā)電的11月、12月，來水保證率85%時，壩址月平均流量分別為961 m3/s和647 m3/s，來水保證率50%時，壩址月平均流量分別為1 150 m3/s和745 m3/s，水庫在導流底孔下閘蓄水后，水位在1 d內(nèi)即可蓄至1 240.50 m，8 d左右三個蓄水方案水庫均可蓄至死水位1 290.00 m?？紤]到月徑流量在旬內(nèi)分配相對不均，采用代表年逐日徑流資料，對2012年11月上旬、中旬、下旬三個時間進行蓄水計算，計算表明各方案1 d之內(nèi)均可蓄水至1 240.50 m，11月上旬、中旬下閘，水庫11月底可蓄水至1 290.00 m，如11月下旬下閘，水庫要到12月1日才可蓄水至1 290.00 m。蓄水計算成果見表1。

表1 各方案蓄水計算成果匯總表Table 1 Calculation results of each impoundment scheme

66年月平均徑流系列中，1994年11月、12月入庫流量最枯，月平均流量分別為697 m3/s和498 m3/s，水庫11月蓄水至1 290.00 m的時間為14 d。若水庫蓄水期遭遇最枯年，在11月上旬、中旬下閘，水庫11月底可蓄水至1 290.00 m，電站首臺機組在12月初具備調(diào)試條件；若水庫11月下旬下閘，則需在12月12日才能蓄至死水位1 290.00 m，不能滿足12月初首臺機組調(diào)試要求。

（2）入庫流量按金安橋電站一臺機組發(fā)電流量計。

龍開口水電站上游梯級金安橋電站裝機容量為2 400 MW，共有4臺機組，單機容量600 MW，額定水頭111 m，機組額定流量605 m3/s，電站最大發(fā)電流量2420m3/s。金安橋電站正常蓄水位1418m，死水位1 398 m，水庫調(diào)節(jié)庫容3.46億m3，具周調(diào)節(jié)能力。

龍開口水電站下閘蓄水的11月為枯水期，考慮上游金安橋電站1臺機組發(fā)電，金安橋至龍開口壩址區(qū)間流量采用多年11月平均流量30 m3/s，龍開口壩址入庫流量為635 m3/s，對2012年11月上旬、中旬、下旬三個下閘方案進行蓄水計算。

水庫在導流底孔下閘蓄水后，水位在1 d內(nèi)即可蓄至1 240.50 m。若水庫11月上旬、中旬下閘，18 d左右可蓄水至1 290.00 m，首臺機組可在12月初具備調(diào)試條件；若水庫11月下旬下閘，則需在12月8日才能蓄至死水位1 290.00 m，不能滿足12月初機組調(diào)試要求。

（3）采用龍開口水電站建設管理局近年實測資料進行蓄水分析。

龍開口水電站建設管理局從2008年6月開始對龍開口水電站壩址流量進行逐日流量觀測，根據(jù)觀測資料，龍開口水電站2008年、2009年、2010年、2011年11月平均流量分別為1 705 m3/s、1 390 m3/s、1 145 m3/s和868 m3/s，11月入庫流量呈減少趨勢。采用2011年11月、12月逐日實測流量進行蓄水分析。

水庫在導流底孔下閘蓄水后，水位在1 d內(nèi)即可蓄至1 240.50 m。若水庫11月上旬下閘，8 d可蓄水至1 290.00 m，8 d日平均流量為1 005 m3/s；若水庫11月中旬下閘，10 d可蓄水至1 290.00 m，10 d日平均流量為873 m3/s；若水庫11月下旬下閘，至12月4日（即14 d）水庫可蓄水至1 290.00 m，14 d日平均流量為703 m3/s。

2 實施情況

2012年11月25日，龍開口水電站正式下閘蓄水。上午10時18分，1號導流底孔封堵閘門緩緩落下，歷時約10 min，1號導流底孔閘門順利下閘到底；下午6時66分，2號導流底孔閘門順利下閘到底。整個下閘過程較為平穩(wěn)，現(xiàn)場情況基本正常，龍開口水電站初期蓄水取得圓滿成功。2013年5月21日10時40分，龍開口水電站首臺機組（2號機組）順利通過72 h試運行，投入商業(yè)運行。

3 結(jié)語

龍開口水電站初期蓄水階段，導流底孔下閘時采用閘門局部開啟的方式，順利下泄環(huán)保流量，滿足下游生態(tài)用水需求。導流底孔平板閘門局部開啟下泄環(huán)保流量的措施，可供類似工程參考。

[1]陳義軍,包俊，李燕群，等.龍開口水電站可行性研究報告第九篇施工組織設計[R].杭州:華東勘測設計研究院,2009.

[2]董寶順,陳國良，高雅芬，等.龍開口水電站下閘蓄水規(guī)劃專題報告[R].杭州:華東勘測設計研究院,2012.

[3]董寶順,陳義軍，呂國軒，等.龍開口水電站施工導流規(guī)劃設計與實施[J].水力發(fā)電,2013,39(2):32-35.