河床式水電站下泄生態(tài)流量措施研究

徐海陽 王英奎 向光紅(長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010)

設計與施工

河床式水電站下泄生態(tài)流量措施研究

徐海陽 王英奎 向光紅
(長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010)

在水電工程建設過程中，為減輕對下游河段生態(tài)環(huán)境的影響，需要采取保障下泄生態(tài)流量的措施。鑒于此，針對某河床式水電站，分別提出了在建設期、蓄水期和運行期調控下泄生態(tài)流量的措施，以滿足該水電站生態(tài)流量的要求，可為其他類似工程提供有益參考。

河床式水電站,生態(tài)流量；調控措施；金沙江

當前，隨著人們對生態(tài)環(huán)境保護意識的逐步增強，在工程建設中對生態(tài)環(huán)境保護的要求越來越高，水電工程在設計及建設過程中需要盡可能減小對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響。為維持下游河段的生態(tài)環(huán)境用水，水電工程在建設期和運行期均須滿足生態(tài)流量的下泄要求。河道生態(tài)流量是維持河流生態(tài)系統(tǒng)運轉、保障河流水環(huán)境質量、維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的最小流量。工程中一般采用設置專門的生態(tài)泄水孔和泄洪調度的方式滿足下泄生態(tài)流量。本文結合某河床式水電站的樞紐布置方案及工程運行條件，對生態(tài)流量的下泄措施進行了研究。

1 工程概況

該水電站位于金沙江干流中游末端，多年平均流量1 870 m3/s，主要建筑物包括混凝土重力壩、河床式電站廠房、泄洪消能建筑物和導流建筑物等。樞紐布置為：右岸布置導流明渠，縱向圍堰壩段以左布置3個泄洪表孔，以右布置2個泄洪表孔，泄洪表孔尺寸為14.5 m×23 m，堰頂高程999 m；泄洪表孔右側布置生態(tài)泄水孔，孔口尺寸為6 m×15 m；河床及左岸布置河床式電站廠房，電站裝機560 MW(4×140 MW)，單機額定引用流量為954.5 m3/s；施工導流采用三期導流方式。樞紐布置平面圖和上游立視圖見圖1和圖2。

圖1 樞紐平面布置示意(高程:m)

圖2 上游立視圖(高程:m)

2 生態(tài)流量泄放要求

生態(tài)流量一般需要滿足以下要求：①維持河流生態(tài)系統(tǒng)運轉的基本流量，即生態(tài)基流；②維持河流水環(huán)境質量的最小稀釋凈化水量；③維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定需水量；④維持下游河道外用水量；⑤維持下游河道航運、景觀和水上娛樂環(huán)境用水量。

根據(jù)前期對該電站環(huán)境影響的研究成果，確定了該電站生態(tài)流量的泄放原則：①建設期和初期蓄水期電站下泄生態(tài)流量不小于480 m3/s；②運行期電站下泄生態(tài)流量不小于560 m3/s；③當上游來流量小于生態(tài)流量時，按來流量下泄。

3 生態(tài)流量泄放措施

根據(jù)生態(tài)流量泄放要求，結合樞紐布置特點，分別對電站建設期和運行期的生態(tài)流量泄放措施進行了研究。

3.1 電站建設期

該工程導流明渠布置于右岸，采用三期導流方案，需要分別針對3個導流期期間的生態(tài)流量泄放措施進行研究。

(1) 一期導流。一期導流時間段自第一年的7月份至第二年的11月份，在此期間，由右岸預留巖埂、一期混凝土圍堰和混凝土縱向圍堰擋水，水流從原河床下泄。最小月平均流量出現(xiàn)在3月份，為490 m3/s，可以滿足下泄生態(tài)流量要求。

(2) 二期導流。第二年10月份導流明渠具備過流條件，主河床截流后，水流自右岸導流明渠下泄。二期導流時間段自第二年的11月份至第五年的11月份，導流明渠內的最小流量出現(xiàn)在每年的3月份，流量為490 m3/s。因此，二期截流期間，通過導流明渠泄流，能夠滿足生態(tài)流量的下泄要求。

(3) 三期導流。二期導流期間，完成該電站3孔河床溢流表孔及河床式電站廠房的施工。為滿足導流需要，其中一個溢流表孔保留了缺口，底高程990 m，將擇機封堵。第五年11月進行三期明渠截流，水流自河床2個表孔+1個表孔缺口下泄。

11月份三期明渠截流瞬間，明渠內水位高程為999.51 m，此時2表孔+1表孔缺口的總下泄量為802 m3/s，滿足生態(tài)流量的下泄要求。

第六年1月表孔缺口將擇機下閘封堵，1月份月平均流量為561 m3/s。在表孔缺口封堵過程中，其事故檢修門局部開啟高度為 4.8 m時，可滿足下泄480 m3/s生態(tài)流量的要求。

三期導流時間段自第五年的11月份至第六年的10月份，最小下泄流量為480 m3/s，能夠滿足生態(tài)流量的泄放要求。

3.2 初期蓄水期

根據(jù)初期蓄水計劃，該電站的起蓄時間為第六年10月份，此時要求溢流表孔閘門下閘蓄水。由于表孔閘門采用弧形門型式，可將弧形門局部開啟來下泄生態(tài)流量。單孔弧門局部開啟高度為5m時，下泄流量為480 m3/s，滿足生態(tài)流量的下泄要求。

3.3 運行期

在正常運行期間，該水電站5個泄洪表孔和4臺機組均具備過流條件。該電站的單機額定引用流量為954.5 m3/s，單臺機組運行即可滿足下泄生態(tài)流量的要求。若遇到機組發(fā)生故障檢修或者停發(fā)電的情況，可通過泄洪表孔局部開啟的方式來下泄生態(tài)流量。經(jīng)計算，單個泄洪表孔在死水位1 020 m情況下，弧門局部開啟高度為7 m時，下泄流量為560 m3/s，滿足生態(tài)流量的下泄要求。

為方便控制生態(tài)流量下泄，在電站運行期還可設置專門的生態(tài)泄水孔來下泄生態(tài)流量。根據(jù)計算，該電站在右岸非溢流壩段設置孔口尺寸為6 m×15 m的生態(tài)泄水孔，采用平板工作門，在死水位為1 020 m情況下，敞泄流量為580 m3/s，可滿足生態(tài)流量的下泄要求。

相對于泄洪表孔弧門局部開啟下泄生態(tài)流量的方案，設置專門的生態(tài)泄水孔，可更好地控制生態(tài)流量的下泄，可靠性更高，但會增加開挖、混凝土及金屬結構工程量，增加投資約2 000萬元。

綜合比較，在運行期采用可靠性更高且增加工作量不大的專門生態(tài)泄水孔的方案，可滿足生態(tài)流量的下泄要求。

4 結 語

根據(jù)上述研究成果，該電站三期導流期間，分別采用原河床、導流明渠和河床泄洪表孔過流的方式下泄生態(tài)流量；初期蓄水期采用泄洪表孔弧形門局部開啟的方式下泄生態(tài)流量；在運行期設置專門的生態(tài)泄水孔來下泄生態(tài)流量。采用這些工程措施，無論工程建設期還是電站運行期，均能滿足生態(tài)流量的下泄要求。

(編輯：唐湘茜)

2016-10-15

徐海陽，男，長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，工程師.

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