長(zhǎng)河壩水電站水庫(kù)初期蓄水方案研究

張小春，劉軍，陳志杰

(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川康定，626001)

長(zhǎng)河壩水電站水庫(kù)初期蓄水方案研究

張小春，劉軍，陳志杰

(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川康定，626001)

長(zhǎng)河壩大壩壩基以上最大壩高240m，壩基以下防滲墻最深67m，是世界目前在高地震烈度區(qū)、深厚覆蓋層上建造的最高礫石土心墻堆石壩。長(zhǎng)河壩水庫(kù)蓄水歷時(shí)長(zhǎng)，內(nèi)受大壩對(duì)蓄水上升速率限制，外受上游水庫(kù)同期蓄水、下游已建電站生產(chǎn)用水需求和瀘定橋景觀生態(tài)流量制約，通過(guò)與已建的黃金坪水電站聯(lián)合調(diào)度，從確保工程蓄水安全、合理協(xié)調(diào)上下游電站基本用水需求，盡早發(fā)揮工程效益的角度擬定初期蓄水方案。

水庫(kù) 初期蓄水 方案研究 長(zhǎng)河壩水電站

1 工程概況

長(zhǎng)河壩水電站是大渡河干流水電規(guī)劃“3庫(kù)22級(jí)”的第十個(gè)梯級(jí)，開(kāi)發(fā)任務(wù)以單一發(fā)電為主。壩址位于四川省康定縣境內(nèi)，控制流域面積56648km2、占全流域面積的73.2%，多年平均流量843m3/s，年均徑流量265.85億m3。電站上游為正在建設(shè)的猴子巖水電站，下游銜接已建成投產(chǎn)的黃金坪水電站。長(zhǎng)河壩水庫(kù)正常蓄水位1690m、相應(yīng)庫(kù)容10.20億m3；死水位1680m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容8.95億m3；極限死水位1650m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容5.99億m3；最大調(diào)節(jié)庫(kù)容4.21億m3。電站裝機(jī)容量2600MW，多年平均發(fā)電量107.9億kW·h，是大渡河干流水電梯級(jí)近期開(kāi)發(fā)的大型骨干工程之一。

長(zhǎng)河壩水電站樞紐主要建筑物，由礫石土心墻堆石壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、1條短有壓深孔泄洪洞、2條開(kāi)敞式進(jìn)口泄洪洞和1條放空洞等建筑物組成。大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高240m，為世界目前強(qiáng)震區(qū)、深厚覆蓋層上的第一高壩。地下廠站安裝4臺(tái)650MW水輪發(fā)電機(jī)組，最低發(fā)電水位1650m；放空洞底板高程1590m，最高運(yùn)行水位1658.50m；有壓深孔泄洪洞進(jìn)口底板高程 1650m，2條表孔泄洪洞進(jìn)口堰頂高程1673.50m。工程采用隧洞導(dǎo)流方式，2條初導(dǎo)洞擋水閘門按20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，最大擋水水頭98.72m。中導(dǎo)洞工作門為全水頭擋水。

2 初期蓄水規(guī)劃和工程形象

2.1 初期蓄水規(guī)劃

長(zhǎng)河壩水電站主體工程建設(shè)將于2016年10月基本完成，2017年3月2臺(tái)機(jī)組安裝完成，根據(jù)主體工程進(jìn)展、初期導(dǎo)流洞封堵施工安排和從工程盡早發(fā)揮效益綜合考慮，擬定水庫(kù)初期蓄水總體安排如下:2016年汛末初導(dǎo)洞下閘，2017年4月底蓄水至最低發(fā)電水位1650m(具備發(fā)電調(diào)試條件)，2017年汛前蓄水至正常蓄水位1690m。

2.2 初期蓄水期工程度汛標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201－94)、《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)劃》(DL/T5397－2007)，長(zhǎng)河壩水電站各階段度汛標(biāo)準(zhǔn)和措施如下:

(1)初期導(dǎo)流洞封堵施工期，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水，相應(yīng)洪水流量1080m3/s。大壩度汛標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇洪水，相應(yīng)洪水流量1370m3/s，相應(yīng)最高庫(kù)水位1594.50m。度汛措施為壩體擋水，中導(dǎo)洞和放空洞聯(lián)合泄洪；

(2)中期導(dǎo)流洞封堵施工期，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水，相應(yīng)洪水流量2700m3/s。大壩度汛標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇洪水，相應(yīng)洪水流量4150m3/s，相應(yīng)最高庫(kù)水位1662.50m。度汛措施為壩體擋水，放空洞和深孔泄洪洞聯(lián)合泄洪；

(3)2017年汛期，大壩度汛標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇洪水，相應(yīng)洪水流量7230m3/s，調(diào)蓄后水庫(kù)水位為1687.00m。度汛措施為壩體擋水，3條泄洪洞聯(lián)合泄洪。

2.3 工程形象

長(zhǎng)河壩水電站征地工作已全部完成，蓄水階段，移民專項(xiàng)驗(yàn)收于2016年6月完成，環(huán)保專項(xiàng)驗(yàn)收于2016年8月完成。工程建設(shè)方面，大壩、泄洪系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)出口在2016年10月已具備擋水投用條件。主體工程進(jìn)度、征地移民和環(huán)保驗(yàn)收均能滿足初期蓄水要求。

3 初期蓄水的主要制約因素

3.1 初導(dǎo)洞閘門承受水頭限制

初導(dǎo)洞下閘后，受初導(dǎo)洞閘門承受最高水頭限制，需待初導(dǎo)洞臨時(shí)堵頭施工完成后，方可由中導(dǎo)洞控泄繼續(xù)蓄水至1580m；第一段永久堵頭施工完成后，方可通過(guò)放空洞控泄蓄水至最低發(fā)電水位1650m；永久堵頭全部施工完成后，方可通過(guò)放空洞、泄洪洞控泄蓄水正常蓄水位1650m。

3.2 蓄水上升速率限制

長(zhǎng)河壩大壩為目前在高地震烈度區(qū)、深厚覆蓋層上建造的世界最高礫石土心墻堆石壩，建設(shè)和蓄水過(guò)程無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。為確保大壩蓄水期安全，水庫(kù)初期蓄水須嚴(yán)格控制水位上升速率，特別是極限死水位1650m以上蓄水速率更需嚴(yán)格控制。經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核和參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定蓄水上升速率控制要求如下:

1482.00m～1545.00m高程，因無(wú)泄水設(shè)施，按天然入庫(kù)徑流自然上升；1545.00m～1580.00m高程，利用中期導(dǎo)流洞敞泄，按天然入庫(kù)徑流自然上升；1580.00m～1595.00m高程，蓄水上升速率按≤3m/d控制；1595.00m～1625.00m高程，蓄水上升速率按 ≤2m/d控制；1625.00m ～1650.00m高程，日蓄水上升速率按≤1.5m/d控制；1650.00m～1658.00m高程，蓄水上升速率按≤1m/d控制；1658.00m～1690.00m高程，蓄水上升速率按≤0.5m/d控制。

3.3 上游水庫(kù)蓄水的制約

上游猴子巖水電站與長(zhǎng)河壩水電站都安排在2016年汛后下閘蓄水，存在同期蓄水問(wèn)題。經(jīng)分析，如猴子巖水電站先期下閘蓄水，將導(dǎo)致長(zhǎng)河壩水電站下閘蓄水后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無(wú)法滿足下游基本用水要求，蓄水進(jìn)程推遲至主汛期，水庫(kù)蓄水上升速率不可控，進(jìn)而威脅大壩安全等問(wèn)題。如長(zhǎng)河壩水電站早于猴子巖水電站3～7d下閘，則可兼顧兩級(jí)水庫(kù)蓄水總體安排，實(shí)現(xiàn)流域效益最大化。

3.4 下游用水需求

下游瀘定橋處生態(tài)景觀流量為184m3/s，考慮長(zhǎng)河壩至瀘定區(qū)間金湯河、瓦斯河兩條支流補(bǔ)充下泄流量，長(zhǎng)河壩水電站蓄水期需基本保證166.5m3/s下泄生態(tài)流量。根據(jù)多年水文資料分析，在保證生態(tài)下泄流量后，長(zhǎng)河壩水電站在2017年1月下旬～3月中旬將基本無(wú)水可蓄。

4 水庫(kù)蓄水原則

綜合長(zhǎng)河壩水電站蓄水的內(nèi)外部制約條件，確定蓄水原則如下:

(1)以確保工程蓄水安全為前提，嚴(yán)格控制蓄水進(jìn)程和上升速率，同時(shí)蓄水進(jìn)程須根據(jù)大壩監(jiān)測(cè)分析資料穩(wěn)妥推進(jìn)；

(2)以流域效益最大化為原則，考慮與上游猴子巖水電站錯(cuò)期蓄水方案，保證兩級(jí)電站正常發(fā)揮效益；

(3)水庫(kù)蓄水期要基本滿足下游用水要求，部分時(shí)段受泄洪建設(shè)物和來(lái)水流量限制，協(xié)調(diào)下游水庫(kù)聯(lián)動(dòng)，按來(lái)水量大小下泄。

5 蓄水基本方案

5.1 第一階段:初導(dǎo)洞下閘，中導(dǎo)洞控泄蓄水階段

2016年10月下旬，在來(lái)水流量小于838m3/s時(shí)，初導(dǎo)洞擇機(jī)下閘開(kāi)始蓄水，至2017年1月中旬，蓄水至1580m。

5.1.1 蓄水過(guò)程。分為兩個(gè)子階段，第一個(gè)子階段為初導(dǎo)洞下閘，按天然入庫(kù)流量蓄水至1550m，中導(dǎo)洞具備敞泄條件，蓄水時(shí)段約33h。受建筑物布置的限制，此階段無(wú)下泄流量；第二個(gè)子階段為2016年12月底初導(dǎo)洞臨時(shí)堵頭施工完成后，中導(dǎo)洞控泄蓄水至1580m高程。第一個(gè)子階段和第二個(gè)子階段之間，中導(dǎo)洞敞泄過(guò)流。

5.1.2 生態(tài)流量下泄方案。第一個(gè)子階段蓄水至1550m，共需約33h，其中27h無(wú)下泄流量。此階段需調(diào)用下游黃金坪庫(kù)容937.4萬(wàn)m3，以保證黃金坪最小下泄流量84m3/s。第二個(gè)子階段通過(guò)中導(dǎo)洞下泄生態(tài)流量。

5.1.3 猴子巖水庫(kù)蓄水過(guò)程。猴子巖水電站在長(zhǎng)河壩初導(dǎo)洞下閘3～7d后，即2016年11月初下閘蓄水，至2017年12月底至死水位(最低發(fā)電水位)；2017年12月底，長(zhǎng)河壩水庫(kù)再通過(guò)中導(dǎo)洞控泄蓄水至1580m。按此方案，兩級(jí)水電站可實(shí)現(xiàn)錯(cuò)期蓄水，相互影響較小，并可保障生態(tài)流量下泄。

5.2 第二階段:中導(dǎo)洞下閘，放空洞控泄蓄水階段

2017年1月下旬，當(dāng)?shù)谝欢斡谰枚骂^施工完成后，分別通過(guò)中期導(dǎo)流洞、放空洞控泄，2017年5月蓄水至最低發(fā)電水位1650m，機(jī)組具備調(diào)試條件。

5.2.1 蓄水過(guò)程分為兩個(gè)子階段，第一個(gè)子階段為2017年1月下旬第一段永久堵頭施工完成后，通過(guò)中期導(dǎo)流洞控泄，2017年3月25日蓄水至1595m；2017年3月26日～5月12日，中導(dǎo)洞下閘、通過(guò)放空洞控泄，蓄水至極限死水位1650m，電站機(jī)組具備調(diào)試發(fā)電條件。

5.2.2 生態(tài)流量下泄方案。第一個(gè)子階段通過(guò)中導(dǎo)洞下泄生態(tài)流量，第二個(gè)子階段通過(guò)放空洞下泄生態(tài)流量。

5.2.3 與上游猴子巖水庫(kù)蓄水關(guān)系:根據(jù)猴子巖水電站蓄水規(guī)劃方案，2017年5月前，按最低發(fā)電水位發(fā)電，與長(zhǎng)河壩不存在同期蓄水的問(wèn)題。2017年5月后，猴子巖水電站開(kāi)展第二階段蓄水，由于汛期來(lái)水量增大，可同時(shí)滿足兩級(jí)電站蓄水和下游基本用水需求。

5.3 第三階段:放空洞、泄洪洞聯(lián)合控泄蓄水階段

在水庫(kù)維持1650m水位15d后，2017年5月28日～7月12日，分別通過(guò)放空洞、1＃泄洪洞、2＃和3＃溢洪洞分階段控泄蓄水，階段蓄水至死水位1680m。

5.3.1 蓄水過(guò)程。根據(jù)來(lái)水及大壩監(jiān)測(cè)情況，由放空洞控泄，蓄水至1658m，放空洞下閘，再由1＃、2＃、3＃泄洪洞控泄，水庫(kù)逐漸蓄水至1680m，電站進(jìn)入正常運(yùn)行階段。

5.3.2 生態(tài)流量調(diào)度方案。水位1658m以下，由放空洞下泄生態(tài)流量；1658m以上，分別通過(guò)1＃、2＃、3＃泄洪洞下泄生態(tài)流量。

5.3.3 與上游猴子巖水庫(kù)蓄水關(guān)系:該時(shí)間段猴子巖水電站持續(xù)第二階段蓄水，由于汛期來(lái)水量增大，可同時(shí)滿足兩級(jí)電站蓄水和下游基本用水需求。

5.4 第四階段:發(fā)電調(diào)節(jié)、泄洪洞控泄蓄水階段

為滿足汛期預(yù)留防洪庫(kù)容要求，同時(shí)為蓄水后大壩頂部沉降留有合理的時(shí)間，2017年11月1日～20日，通過(guò)發(fā)電調(diào)節(jié)，同時(shí)輔以2＃和3＃溢洪洞控泄，從1680m蓄水至正常蓄水位1690m。

6 存在的問(wèn)題和解決思路

上述蓄水方案，解決了上、下二級(jí)水庫(kù)同期蓄水的矛盾，保障了下游基本用水需求，蓄水進(jìn)程基本滿足大壩對(duì)蓄水上升速率控制的剛性要求，但存在部分時(shí)段蓄水上升速率超限的問(wèn)題?？紤]主汛期洪水的影響因素，蓄水上升速率超限問(wèn)題將更為突出。要解決這一問(wèn)題，關(guān)鍵是如何加快第二階段蓄水進(jìn)程，保證泄洪建筑物在主汛前全部投用。

6.1 加強(qiáng)水情預(yù)報(bào)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化蓄水方案

蓄水方案是以流量保證率75%作為基本前提，按照流量保證率50%、25%的日徑流進(jìn)行方案分析，蓄至極限死水位1650m的時(shí)間分別是4月17日和4月12日，蓄至死水位1680m的時(shí)間分別是6月30日和6月19日。根據(jù)近十年實(shí)際來(lái)水流量統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)際來(lái)流量要大于流量保證率75%來(lái)水流量，因此需加強(qiáng)水文預(yù)報(bào)，在保證下泄流量的前提下盡量多蓄水，縮短第二階段蓄水時(shí)間。

6.2 深入研究與黃金坪水庫(kù)聯(lián)動(dòng)方案，加快第二階段蓄水進(jìn)程

長(zhǎng)河壩和黃金坪水電站屬同一開(kāi)發(fā)單位，從發(fā)電效益分析，黃金坪水電站在2017年2～4月間，利用自身庫(kù)容補(bǔ)充長(zhǎng)河壩不足下泄生態(tài)流量，加快長(zhǎng)河壩蓄水進(jìn)程，短期內(nèi)雖減少了發(fā)電量，但從兩級(jí)電站度電耗水量、長(zhǎng)河壩對(duì)黃金坪的發(fā)電調(diào)節(jié)作用，將會(huì)提升黃金坪發(fā)電量。下一步在加強(qiáng)水情預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)深入研究與黃金坪水庫(kù)的聯(lián)動(dòng)方案，加快長(zhǎng)河壩水庫(kù)第二階段蓄水進(jìn)程。

6.3 深入分析蓄水期大壩工作狀態(tài)，合理縮短蓄水期間間歇期

上述蓄水基本方案中，為保證大壩堆石區(qū)與心墻區(qū)變形協(xié)調(diào)，蓄水至1580m到蓄水至1650m期間，安排蓄水間歇期為52d。在蓄水實(shí)施過(guò)程中，要加強(qiáng)整理各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析預(yù)測(cè)壩體壩基工作狀態(tài)，評(píng)估減少蓄水期間間歇期的可能性，為提前開(kāi)展第三階段蓄水提供條件。

7 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)水電開(kāi)發(fā)項(xiàng)目已集中到各大流域上游，處于上游的高壩、大庫(kù)蓄水歷時(shí)長(zhǎng)，蓄水期對(duì)下游梯級(jí)電站影響大；特別是近年來(lái)水電開(kāi)發(fā)業(yè)主多元化、電站建設(shè)時(shí)序與規(guī)劃脫節(jié)，導(dǎo)致外部協(xié)調(diào)問(wèn)題更為突出，因此在項(xiàng)目前期階段就應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注蓄水方案的可行性。本文介紹了長(zhǎng)河壩水電站工程蓄水方案研究思路，根據(jù)工程蓄水期的內(nèi)外部制約因素，確定了蓄水基本方案，并就可能存在的問(wèn)題和解決途徑進(jìn)行了探討。

〔1〕陳永生，李文俊，李建華.水布埡水電站水庫(kù)初期蓄水研究.人民長(zhǎng)江，2007，(7).

〔2〕楊子俊，張建華，韓 兵.糯扎渡水電站水庫(kù)初期蓄水方案研究.水力發(fā)電，2012，(9).

TV697.1

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2095－1809(2016)05－0004－04

張小春(1972－)，男，湖南瀏陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事水電工程建設(shè)管理工作。