大渡河長河壩水電站下閘蓄水研究

楊 會 剛

(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610072)

大渡河長河壩水電站下閘蓄水研究

楊 會 剛

(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610072)

下閘蓄水作為水電站基礎建設和生產(chǎn)運行的關鍵節(jié)點，對水電站的建設和運行具有至關重要的意義。對長河壩水電站的工程、水文以及地質(zhì)情況進行了剖析，以25%、50%、75%和多年平均四個系列的來水資料和下游生態(tài)流量需求為計算基礎，結合工程進度、移民安置、環(huán)保進展對長河壩水電站的下閘蓄水時機進行了研究，具有較強的現(xiàn)實意義。

長河壩水電站；下閘蓄水；工程進度；移民安置；時間節(jié)點

1 概 述

1.1 工程概況

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定市境內(nèi)，地處大渡河上游金湯河口以下約4～7 km河段，距上游的丹巴縣約85 km，距下游的瀘定縣為50 km，距成都約360 km。工程為大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”中的第十級，開發(fā)方式為水庫大壩配合首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)，主要建筑物由礫石土心墻堆石壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、兩條溢洪道、一條泄洪洞和一條放空洞等建筑物組成。水庫控制流域面積為56 648 km2，占全流域面積的73.2%，水庫正常蓄水位高程1 690 m，庫容10.75億m3，其中調(diào)節(jié)庫容4.15億m3，多年平均流量843 m3/s，具有季調(diào)節(jié)能力，工程以單一發(fā)電為主，無航運、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求，電站裝機容量2 600 MW，設計年發(fā)電量108億kW·h。

1.2 徑流概況

大渡河流域的徑流主要來自降水，由于流域面積大，地表植被較好，山體巖層破碎、裂隙發(fā)育的特性，流域具備調(diào)蓄能力大、徑流年內(nèi)分配不均勻和年際變化小的特點。徑流集中在豐水期，5～10月約占全年徑流的81.3%，枯水期為11月～翌年4月，占年徑流的18.7%。

表1 長河壩水電站蓄水設計代表時段及流量成果表

1.3 地質(zhì)概況

1.3.1 地質(zhì)構造

長河壩庫區(qū)無區(qū)域斷裂通過，水庫較近區(qū)域發(fā)育的斷裂有：東側的昌昌斷裂和西側的紅鋒斷裂等。其中：昌昌斷裂距離水庫約2～4.5 km，總體呈南北向展布，傾向東，傾角一般為60°～70°，斷帶寬十幾至數(shù)十米，由斷層泥、構造透鏡體和擠壓劈理等組成，斷裂帶糜棱巖化、綠泥石化甚為普遍，顯示明顯的擠壓特征；紅鋒斷裂距離水庫約5 km，由北到南總長度約65 km，在平面上線形特征比較明顯，總體上向西傾斜，傾角較緩。對斷裂地質(zhì)、地貌、地震和地球物理等方面進行的調(diào)查和綜合研究結果表明：昌昌和紅鋒斷裂活動性微弱，尤其是晚第四紀以來基本不具新活動性。

1.3.2 庫岸邊坡情況

(1)長河壩庫岸基巖邊坡總體基本穩(wěn)定，近壩庫岸存在2處危巖體，其中，右岸壩前卸荷拉裂巖體已清除并完成支護，邊坡基本穩(wěn)定；1#泄洪洞進口下游山脊松動，巖體需采取處理或監(jiān)測措施。庫段其它大部分基巖滑塌體規(guī)模較小或距壩址較遠，不影響大壩蓄水。金湯河支庫內(nèi)巖體邊坡整體穩(wěn)定，局部受長大順坡裂隙影響易產(chǎn)生滑塌破壞。野牛溝下游左岸卸荷拉裂體和茶瓶溝下游左岸卸荷拉裂體易產(chǎn)生滑塌破壞和傾倒拉裂破壞，方量為10～100萬m3，均距大壩較遠，不影響水庫蓄水。

(2)水庫蓄水后庫岸覆蓋層邊坡易產(chǎn)生塌滑，但大部分塌滑規(guī)模小或離壩較遠，對大壩蓄水無影響。庫區(qū)兩岸礦產(chǎn)較多，礦洞和礦產(chǎn)便道以及礦產(chǎn)臨時設施在岸坡和階地上修建，蓄水后將對礦洞和礦產(chǎn)便道以及礦產(chǎn)臨時設施產(chǎn)生不利影響，蓄水前需進行相應的搬遷，對易失穩(wěn)的礦產(chǎn)臨時設施庫岸邊坡進行加固或搬遷。

(3)總體看庫岸邊坡穩(wěn)定性不制約大壩蓄水，僅局部庫段塌滑對改線S211路基和居民建筑以及礦產(chǎn)設施等產(chǎn)生一定影響，需采取加固、避讓或監(jiān)測等措施。

1.3.3 壩基河床情況

壩基河床覆蓋層深厚，一般厚度為60～70 m，層次結構復雜，自下至上可分為3層，總體為塊卵礫石層，骨架由粗顆粒構成，結構較密實，其抗變形能力和強度均較高，可滿足基礎承載變形和抗滑穩(wěn)定要求。

1.3.4 封堵段地質(zhì)情況

1#、2#初期導流洞封堵段上覆巖體厚度一般為240～300 m，巖性為花崗巖，斷層及擠壓破碎帶不發(fā)育，裂隙較發(fā)育。該段巖體新鮮，洞壁干燥，圍巖較完整，呈次塊狀～塊狀結構，屬“Ⅱ”類圍巖，圍巖穩(wěn)定性好，局部與洞軸線小角度相交裂隙對堵頭抗滑穩(wěn)定不利，總體而言地質(zhì)條件較好，可作為永久封堵段。

中期導流洞封堵段圍巖為澄江～晉寧期石英閃長巖，巖體為次塊狀～鑲嵌結構，圍巖以Ⅲ類為主，可作為永久封堵段。

2 蓄水研究

2.1 蓄水要求

2.1.1 工程要求

(1)兩條初期導流洞閘門、啟閉機等金屬結構及機電設備安裝完成并驗收合格，具備下閘條件；中期導流洞具備過流條件，施工支洞封堵完成、進口封堵閘門、工作閘門及其啟閉設備安裝完成并驗收合格。

(2)完成大壩上游庫區(qū)內(nèi)1 600 m高程以下的施工臨時營地、工廠設施等的搬遷或拆除工作和1#公路、2-3#隧道、12#公路、16#公路、1601#隧道施工道路交通洞的封堵工作。

(3)在初期導流洞下閘時，壩體具備攔擋200 a一遇洪水(Q=6 670 m3/s，H=1 542.4 m)的條件，并超出初期導流洞封堵洪水位(高程1 594.5 m)5 m以上；同時，1 600 m高程以下壩基防滲處理工程全部完成并通過驗收。左、右岸高程1 460 m、1 520 m、1 580 m高程灌漿平洞靠岸坡一側堵頭封堵，各類灌漿施工完成并驗收合格，且封堵灌漿施工完成后的待強時間達到混凝土設計強度要求的14 d以上。

(4)完成金康隧洞封堵以及1 600 m高程以下影響帷幕施工支洞及勘探平硐的封堵，且混凝土達到設計強度要求。

(5)完成放空洞土建施工和機電安裝。完成進水口引渠、閘室及上部啟閉機排架結構混凝土、基礎灌漿、邊坡支護；完成進口施工現(xiàn)場的清理，清除遺留的草袋、木材、石渣、建渣等建筑垃圾和附近坡面可能落入的渣石、危石；完成進口建筑物的驗收，洞身具備過流條件；完成出口處自然邊坡危巖體的處理；完成檢修門、事故門，工作閘門的門葉、門槽及啟閉機安裝并驗收合格。

2.1.2 大壩監(jiān)測要求

(1)完成大壩1 600 m高程以下外部變形觀測墩及水準標點的建造；完成應變計組、無應力計、位錯計、滲壓計、土壓力計、溫度計、測斜管、固定測斜儀、土體位移計串、電位器式位移計、強震儀等大壩監(jiān)測儀器的安裝埋設；完成基礎廊道內(nèi)測縫計、鋼筋計、傾斜儀、水準點等儀器的安裝埋設。

(2)完成進水口邊坡、尾水出口環(huán)境邊坡、開關站邊坡、左右岸壩肩邊坡、放空洞和泄洪洞進出口邊坡、導流洞進出口邊坡和小河壩不穩(wěn)定邊坡等內(nèi)部觀測設備及外部變形觀測墩的修建、安裝埋設并取得基準值。

(3)完成壓力管道、廠房三大洞室、尾水洞、放空洞、導流洞內(nèi)部觀測設備安裝埋設并取得基準值。

2.1.3 移民安置要求

(1)移民安置。初期蓄水水位1 600 m高程以下庫區(qū)征地影響范圍內(nèi)的農(nóng)村移民及其他人員已全部搬離；根據(jù)批準的移民安置規(guī)劃或調(diào)整規(guī)劃實施過渡的其過渡點應具備基本完善的生活條件；對于規(guī)劃為先期用作為施工場地的安置點，應制定合理的建設進度計劃和相應的保障措施；其余集中安置點建設完畢，移民完成搬遷安置。

(2)專業(yè)項目處理。初期蓄水水位1 600 m高程以下庫區(qū)內(nèi)的工礦企業(yè)、小水電站補償完畢，礦山企業(yè)生產(chǎn)通道恢復完畢；省道S211公路、金湯四級公路復建完成，具備通車條件；庫區(qū)受淹沒影響需要遷建的電力、通信設施已遷改出庫區(qū)并恢復功能；庫周交通功能得到恢復，具備通行條件；庫區(qū)內(nèi)的墊高防護工程基本墊高至設計高程。

(3)庫底清理。初期蓄水水位1 600 m高程以下范圍內(nèi)的林木砍伐、建筑物拆除、衛(wèi)生消毒防疫等庫底清理工作已按庫底清理要求完成。

(4)補償補助資金兌付。初期蓄水水位1 600 m高程以下移民安置補償補助資金兌付到位。

2.1.4 環(huán)保、水保要求

按照國家發(fā)改委對長河壩項目的批復意見，以及《長河壩水電站環(huán)境保護“三同時”實施方案》，完成了各環(huán)保、水保專項工程招標文件、野壩施工營地生活污水處理系統(tǒng)、江咀砂石加工廠污水處理系統(tǒng)、魚類增殖站、長河壩施工區(qū)植被恢復及景觀規(guī)劃總體設計等專項環(huán)境保護設計，累計投入11 425.01萬元，其中水土保持7 993.17萬元，滿足下閘蓄水的環(huán)保、水保要求。

2.2 蓄水方案

根據(jù)大壩、庫岸、邊坡穩(wěn)定關系以及導流洞封堵施工要求，經(jīng)設計單位論證和相關部門批準的分步蓄水方案如下：

(1)1 545 m高程以下，初期導流洞下閘蓄水；

(2)1 545～1 580 m高程，水位達到中期導流洞進口底板高程后，敞泄；

(3)1 580 m高程，中期導流洞控泄，維持30 d，初期導流洞封堵施工；

(4)1 580～1 595 m高程，中期導流洞控泄，不少于7 d，日變幅不超3 m；

(5)1 595～1 625 m高程，放空洞控泄，不少于20 d，日變幅不超2 m，中期導流洞下閘；

(6)1 625 m高程，放空洞控泄，維持7 d；

(7)1 625～1 650 m高程，放空洞控泄，不少于20 d，日變幅不超1.5 m，機組調(diào)試發(fā)電；

(8)1 650 m高程，放空洞控泄，維持15 d；

(9)1 650～1 580 m高程，放空洞控泄，1#泄洪洞敞泄，日變幅不超1 m；

(10)1 658～1 680 m高程，1#泄洪洞，2#、3#溢洪道聯(lián)控，日變幅不超0.5 m；

(11)1 680 m高程，1#泄洪洞，2#、3#溢洪道聯(lián)控，維持20 d；

(12)1 680～1 690 m高程，1#泄洪洞，2#、3#溢洪道聯(lián)控，日變幅不超0.5 m。

2.3 下閘蓄水的影響因素

(1)猴子巖水電站蓄水的影響。

猴子巖水電站位于長河壩上游，調(diào)節(jié)庫容為3.87億m3，根據(jù)規(guī)劃其將與長河壩同期蓄水。2016年11月開始初期蓄水，于12月底蓄至極限死水位(高程1 802 m)，水庫維持該水位運行。初期蓄水期間，通過放空洞下泄生態(tài)流量78 m3/s；至2017年5月再次開始蓄水，6月底蓄至死水位(高程1 835 m)后停止蓄水，7～10月維持死水位運行；汛后11月初開始蓄水蓄至正常水位。

(2)下游生態(tài)流量需求。

長河壩下游為黃金坪水電站和瀘定水電站，其調(diào)節(jié)庫容分別為0.199億m3和0.21億m3，最小下泄生態(tài)流量分別為84 m3/s和184 m3/s。長河壩初期導流洞下閘至水位蓄至中期導流洞進口底板高程大約需要31 h，期間無下泄流量。調(diào)用黃金坪和瀘定水電站的調(diào)節(jié)庫容能夠保障62 h的下游最小用水需求，滿足下游工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活、生態(tài)和瀘定橋的景觀用水。

2.4 蓄水計算

長河壩蓄水期間，水位上升速度過快會影響邊坡穩(wěn)定，水位上漲過高會造成導流洞封堵壓力過大而無法進行永久封堵。因此，科學選擇下閘蓄水日期至關重要。筆者按照長河壩水電站的蓄水原則，以各泄洪設施的泄流能力、猴子巖水電站蓄水計劃以及下游生態(tài)流量需求(166.5 m3/s)為邊界條件，對長河壩控制流域25%、50%、75%和多年平均四個來水系列進行了蓄水計算，得到長河壩下閘蓄水各個關鍵節(jié)點的日期(表2)。

表2 不同來水頻率下的蓄水關鍵節(jié)點日期統(tǒng)計表

從安全角度考量，以長河壩水電站25%的來水頻率為例，不同階段的蓄水計算結果如下：2016年10月15日下閘蓄水，當日水位變幅為62.29 m；10月20日水位達到高程1 580 m，進行初期導流洞封堵；11月27日水位超過高程1 595 m，利用放空洞控泄，進行中期導流洞封堵；12月25日，進行機組發(fā)電調(diào)試。筆者計算的蓄水過程見圖1。

圖1 長河壩水電站下閘蓄水過程模擬示意圖(25%來水頻率)

3 結 語

大型水電站的下閘蓄水對工程安全和上下游人民群眾的生命、財產(chǎn)安全至關重要。因此，筆者建議：加強氣象預報和降雨、來水監(jiān)測，結合電網(wǎng)的流域發(fā)電安排，科學合理地選擇下閘蓄水日期。下閘蓄水后，長河壩水電站即面臨投運發(fā)電，由于長河壩、黃金坪梯級電站裝機容量大，調(diào)節(jié)庫容較小，為提高水資源利用率，實現(xiàn)梯級水庫的優(yōu)化運行，建議加強上、下游水電站單位的水情信息共享，從長河壩、黃金坪的流域水文特性和梯級電站特點入手，探索梯級電站間的出力匹配聯(lián)動機制，進行長河壩、黃金坪梯級水庫優(yōu)化調(diào)度研究。

(責任編輯：李燕輝)

2016-09-09

TV7;TV697;TV72

B

1001-2184(2017)02-0079-04

楊會剛(1985-)，男，河南南陽人，工程師，碩士，從事泄流安全管理、水庫優(yōu)化調(diào)度等工作.