蘆家洞水電站改擴(kuò)建綜合效益分析

呂 劍

1 改擴(kuò)建前存在的問題

1973年3月建成的蘆家洞水電站位于錦江中游，壩址距上游“黔東重鎮(zhèn)”貴州省銅仁市中心城區(qū)6 km，上游有清水塘電站，下游有漾頭電站。原蘆家洞水電站大壩為5跨連拱壩，壩頂高程為239.3 m，壩高8.7 m，大壩全部為溢流壩，連拱壩下游為消力池，左岸為河床式廠房，裝機(jī)為4×1.25 MW，多年平均發(fā)電量為2 139萬(wàn)kW·h，右岸為船閘，閘室寬8 m，長(zhǎng)50 m，船閘閘門和充、排水系統(tǒng)破壞，船閘不能使用。

水庫(kù)回水形成了十里錦江畫廊，原電站大壩為固定壩使水庫(kù)庫(kù)尾的銅仁市中心城區(qū)洪水位比原天然河道洪水位抬高。水庫(kù)淤積從庫(kù)尾開始，電站運(yùn)行給城區(qū)河道造成極大淤積，造成水環(huán)境嚴(yán)重污染，對(duì)錦江旅游環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。原電站右岸船閘尚未正式投入使用，游船從銅仁市區(qū)至國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)——九龍洞造成了一道人為屏障。從水資源的利用方面：由于錦江上游王家山、壩盤、艾家坪、馬槽河、天生橋、清水塘等電站相繼建成，蘆家洞水電站保證出力已經(jīng)提高，而蘆家洞水電站為徑流式電站，調(diào)節(jié)庫(kù)容較小，造成水庫(kù)大量棄水，發(fā)電損失嚴(yán)重。對(duì)蘆家洞水電站進(jìn)行改造已非常迫切和必要。

2 工程概況

蘆家洞水電站改擴(kuò)建工程位于貴州省銅仁市境內(nèi)沅江一級(jí)支流錦江中游，電站距銅仁市中心城區(qū)6 km，壩址以上流域面積3 345 km2，多年平均降雨量1 273.3 mm，多年平均徑流量90.1 m3/s，水庫(kù)正常水位244.3 m，正常庫(kù)容1 298萬(wàn)m3，死水位243.5 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容155萬(wàn)m3，500年一遇校核水位250.91 m，總庫(kù)容3 343萬(wàn)m3，水庫(kù)規(guī)模為中型，等別為Ⅲ等，電站裝機(jī)3×7 MW，多年平均發(fā)電量8 580萬(wàn)kW·h。

工程任務(wù)是改善水環(huán)境、防洪、發(fā)電、旅游、航運(yùn)等綜合效益的一項(xiàng)綜合性工程。大壩位于原連拱壩下游，由左岸斜面升船機(jī)（預(yù)留）、非溢流重力壩，中間溢流閘壩采用7孔13.5 m×10 m的弧型閘門控制、壩下底流消能，右岸非溢流重力壩、壩身發(fā)電引水系統(tǒng)、壩后式地面廠房組成，工程總投資18 800萬(wàn)元，施工總工期3年。

3 特征水位選擇

3.1 正常水位選擇

3.1.1 正常水位選擇原則

正常水位選擇原則是“充分利用水資源和城區(qū)顯山露水”的要求，同時(shí)考慮通航條件、三江匯口“中流砥柱”——銅巖視角因素以及電站的梯級(jí)銜接、水能量效益、工程地質(zhì)、旅游資源、經(jīng)濟(jì)效益、庫(kù)區(qū)淹沒等方面的影響。

3.1.2 上限方案分析

提高正常水位要考慮與上游梯級(jí)合理銜接，避免對(duì)上游梯級(jí)產(chǎn)生頂托影響，同時(shí)還要考慮上游回水范圍內(nèi)流速減緩，污染物遷移擴(kuò)散能力減弱對(duì)水廠取水口影響[1]。蘆家洞水電站的上游銜接為左岸支流小江清水塘電站和右岸干流大江鷺鷥巖水廠，清水塘電站的正常尾水位為244.6 m，鷺鷥巖10萬(wàn)t水廠取水口水面高程244.3 m，正常水位提高上限方案為244.3 m，回水至清水塘電站與尾水連接，回水至鷺鷥巖水廠取水口處于水位變幅區(qū)，對(duì)取水口水質(zhì)沒有影響。

3.1.3 正常水位確定

蘆家洞水電站庫(kù)區(qū)為銅仁市中心城區(qū)所在地，是十里錦江所在河段，市區(qū)人口和旅游景點(diǎn)受水位提高的影響較大，水庫(kù)淹沒影響是蘆家洞水電站正常水位的決定因素，正常水位的確定受上游淹沒的瓦窯河和木杉河電站的控制。正常水位上限為244.3 m，下限為原電站正常水位239.3 m，由此擬定正常水位239.3、242.3、243.3 m和244.3 m共4個(gè)方案，從發(fā)電效益、淹沒指標(biāo)、工程投資和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面進(jìn)行比較，結(jié)果詳見表1。

表1 正常水位方案主要指標(biāo)比較表

改善水環(huán)境方面正常水位越高，庫(kù)區(qū)水域面積越大，市民的親水性越好；城市防洪方面4個(gè)方案對(duì)銅仁中心城區(qū)防洪都沒有影響；發(fā)電效益方面正常水位越高、效益越好；從地形地質(zhì)方面4個(gè)方案不存在大的技術(shù)問題。因此，從改善水環(huán)境、防洪、發(fā)電、旅游、航運(yùn)等方面綜合考慮并結(jié)合銅仁中心城區(qū)發(fā)展規(guī)劃對(duì)水景觀的要求[2]，正常水位采用最高上限244.3 m是一個(gè)合理的方案。

3.2 死水位選擇

在水庫(kù)正常蓄水位已定的情況下，死水位決定水庫(kù)的調(diào)節(jié)庫(kù)容。死水位提高，水位變幅較小，從改善水環(huán)境方面有利，能夠提高水庫(kù)運(yùn)行的平均水頭，一定程度提高電站的發(fā)電量，對(duì)能量指標(biāo)有利，但同時(shí)水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容減少，降低水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能，反之亦然。因蘆家洞水電站為閘壩，閘壩開啟后高于堰頂?shù)哪嗌晨杀粵_到下游，淤沙高程比正常水位低10 m，泥沙淤積不是影響死水位選擇的因素。因考慮水庫(kù)調(diào)節(jié)性能較差，綜合比較后取死水位為243.5 m，水庫(kù)預(yù)留155萬(wàn)m3的日調(diào)節(jié)庫(kù)容，以“長(zhǎng)蓄短發(fā)”方式來提高和改善電站運(yùn)行工況，降低水庫(kù)變幅從而提高水環(huán)境質(zhì)量。

4 洪水調(diào)度方式

洪水調(diào)度方式考慮不降低庫(kù)內(nèi)銅仁中心城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為前提，閘門按對(duì)稱、同步、均勻、分檔開啟，分檔高度為0.5 m。當(dāng)泄洪量小于4 944 m3/s時(shí)，保持壩上游正常水位244.3 m不變，利用閘門控制泄水量，當(dāng)下泄流量由0增加到279 m3/s時(shí)，由中間1孔閘門增到中間5孔閘門開啟，開度由0升到0.5 m；當(dāng)下泄流量由279 m3/s增加到2 160 m3/s（相當(dāng)于2年一遇洪水）時(shí)，中間5孔閘門同步均勻提升，開度由0.5 m升到4.5 m；當(dāng)下泄流量由2 160 m3/s增加到3 483 m3/s（相當(dāng)于5年一遇洪水）時(shí)，同步均勻打開另外2個(gè)邊孔閘門，開度全部升到5.5 m；當(dāng)下泄流量由3 483 m3/s增加到4 944 m3/s時(shí)，7孔閘門同步均勻全打開。閘門關(guān)閉則視洪水流量的逐步減小而按閘門開啟程序反向執(zhí)行，首先將7孔閘門同步均勻關(guān)閉至5.5 m，其后將2個(gè)邊孔閘門均勻同步關(guān)閉，再將中間5孔閘門同步均勻關(guān)閉。

5 影響分析

蘆家洞水電站正常水位由239.3 m提高到244.3 m，使蘆家洞水電站更好地滿足銅仁城市水環(huán)境、景觀、防洪和旅游資源品牌要求，帶來淹沒、城市污水排放、防洪堤穩(wěn)定等一系列的問題，對(duì)其影響進(jìn)行分析。

5.1 庫(kù)區(qū)水環(huán)境的影響

蘆家洞水電站正常水位提高到244.3 m，庫(kù)區(qū)水域面積增加到2.03 km2，對(duì)銅仁城市和錦江的視覺景觀改善最明顯，水域面積最大，水面最寬闊，水位提高效果最好，增加市民的親水性。電站具有日調(diào)節(jié)庫(kù)容，采取“長(zhǎng)蓄短發(fā)”方式可使庫(kù)水位呈現(xiàn)“白天高夜晚低、水位變幅小”的特點(diǎn)，每天庫(kù)水位變幅只有0.8 m，若保留相同的調(diào)節(jié)庫(kù)容，正常水位越低，水位變幅越大，對(duì)城市水景觀影響就越大。洪水期由于閘門打開，可使銅巖以上河道恢復(fù)到天然河道，減小了銅仁中心城區(qū)河道的淤積，深層更換水體，改善城區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)藍(lán)天碧水城市風(fēng)景，提高旅游資源品牌。

5.2 銅仁城市防洪的影響

蘆家洞水電站改擴(kuò)建將原連拱壩改造成溢流壩，溢流壩采用7孔13.5 m×10 m的閘門控制，溢流堰頂高程為234.3 m，比原連拱壩頂高程降低5 m。根據(jù)回水計(jì)算，正常水位為244.3 m方案可使瓦窯河以下斷面50年一遇洪水位相應(yīng)降低0.21～1.98 m，能滿足銅仁中心城區(qū)50年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)銅仁中心城區(qū)防洪沒有影響。同時(shí)，洪水位降低使市區(qū)12橋梁過流能力都得到相應(yīng)的增加。

5.3 庫(kù)區(qū)淹沒的影響

蘆家洞水電站水庫(kù)的淹沒影響范圍主要由正常水位決定，庫(kù)區(qū)防洪堤的建設(shè)并不能全部和有效解決水庫(kù)淹沒問題，淹沒主要有耕地、排污管和防洪堤。正常水位244.3 m，庫(kù)區(qū)淹沒田3.76 hm2（59.43畝）、土4.33 hm2（65畝）、商品菜地5.27 hm2（79畝），新增淹沒投資1 653.0萬(wàn)元，比正常水位243.3、242.3 m分別多淹沒田0.81 hm2（12.13畝）、1.51 hm2（22.63畝），土 0.53 hm2（8畝）、1.13 hm2（17畝），商品菜地0.73 hm2（11畝）、1.53 hm2（23畝），淹沒投資多增加112.6萬(wàn)元、223萬(wàn)元，選擇較高的正常水位可降低單位電能投資造價(jià)。

銅仁市中心城區(qū)日排污水量8萬(wàn)t，污水截流管主要沿小江、大江、謝橋河和錦江兩岸布置，截流管大部分為埋管，部分為架空管，架空管基礎(chǔ)著落在基巖上，污水截流管底高程在244.5～254.22 m范圍，正常水位提高對(duì)污水收集管基礎(chǔ)沒有影響，洪水期對(duì)污水收集管的影響與正常水位提高前是相同的。漩水灣污水處理廠出水渠高程為240.4 m，正常水位提高對(duì)污水處理廠出水排水不暢，需要通過工程措施加以解決。

銅仁市中心城區(qū)防洪堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，由5段防洪堤組成，堤形為土堤和漿砌石重力堤。正常水位提高后，庫(kù)區(qū)內(nèi)50年一遇洪水位相應(yīng)降低0.21～1.98 m，洪水位對(duì)防洪堤堤高沒有影響，只是部分防洪堤基礎(chǔ)長(zhǎng)期侵泡在水中，復(fù)核防洪堤穩(wěn)定是否有影響。小江左岸砂壩—三中段為土堤，堤頂高程252.8 m，防沖齒槽高程246.00 m，基底大面高程244.0 m，正常水位提高后，高出防沖齒槽頂部0～30 cm，對(duì)該段堤沒有影響。小江左岸三中—便水門段為漿砌石重力堤，堤頂高程252.75 m，堤基面高程247.8 m，堤基為白云質(zhì)灰?guī)r，正常水位提高后，低于堤基3.5 m，對(duì)防洪堤穩(wěn)定沒有影響。大江左岸鷺鷥巖—川主宮段為土堤，堤頂高程252.1～252.41 m，防沖齒槽頂高程241.0～247.3 m，正常水位提高后，淹沒深度0～3.30 m，防洪堤基礎(chǔ)置于水下，存在飽水、不均勻沉降等不利工程地質(zhì)問題，由于該堤為土堤，適應(yīng)變形能力較強(qiáng)，對(duì)該段堤沒有影響。錦江右岸大江坪大橋—東山大橋段為漿砌石重力堤，該段防洪堤為20世紀(jì)90年代建設(shè)，防洪標(biāo)段只能滿足20年一遇洪水，堤基為第四系沖積粉砂質(zhì)黏土、粉砂土，正常水位提高后，堤基侵泡水中，存在不均勻沉降等不利工程地質(zhì)問題，該堤為剛性堤，適應(yīng)變形能力極弱，基礎(chǔ)沉降后對(duì)堤身影響較大，防洪堤穩(wěn)定均不滿足要求，應(yīng)拆除重建。錦江右岸東門橋—污水處理廠段為土堤，為污水處理廠自行修建的防洪堤，堤頂為銅仁—寨桂公路，堤頂高程251.82 m，防沖齒槽頂部高程241.0 m，正常水位提高后，高出防沖齒槽頂部3.30 m，防洪堤基礎(chǔ)置于水下，土堤呈軟塑—可塑狀態(tài)，力學(xué)指標(biāo)值劇降，必然引起該堤滑坡、蠕滑、垮塌等不利地質(zhì)隱患，嚴(yán)重影響堤頂公路交通及污水廠臨堤建筑物的安全問題，該段防洪堤應(yīng)進(jìn)行加固處理。

5.4 對(duì)生態(tài)、旅游的影響

由于原電站大壩為固定壩，壩高9.1 m，泄洪時(shí)洪水上、下游不連續(xù)，且大壩右岸魚道未投入使用，給魚類洄游帶來影響，造形成了一道屏障。通過大壩改建，降低堰頂高程，使泄洪時(shí)實(shí)現(xiàn)上下游水體連續(xù)，給魚類洄游創(chuàng)造良好的條件，改善了錦江的生態(tài)。

隨著正常蓄水位的提高，銅巖出露水面越少，正常水位提高到244.3 m，銅巖出露水面5.43 m，銅巖出露水面的視覺效果不受影響，城區(qū)12座橋底部空間最低的西門橋?yàn)?.93 m，橋梁底部空間通航不受影響。對(duì)蘆家洞水電站改擴(kuò)建時(shí)，將對(duì)船閘進(jìn)行改造，按照100 t位級(jí)通航能力重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，可使十里錦江的游船直接抵達(dá)九龍洞，增加游客數(shù)量，實(shí)現(xiàn)從銅仁中心城區(qū)至九龍洞全程通航，提高了旅游資源品牌。

5.5 工程效益的影響

銅仁中心城區(qū)河段建有瓦窯河、清水塘、木杉河和蘆家洞4座電站。瓦窯河電站建在錦江左岸支流小江上，壩頂高程243.95 m，正常尾水位239.3 m，利用水頭4.65 m，裝機(jī)為2×160+200 kW，年發(fā)電量258萬(wàn)kW·h。木杉河電站建在謝橋河河口，壩頂高程為243.63 m，正常尾水位為239.3 m，利用水頭4.33 m，裝機(jī)為1×100 kW，年發(fā)電量41萬(wàn)kW·h。原蘆家洞水電站建在錦江干流上，正常蓄水位為239.3 m，正常尾水位為231.3 m，利用水頭8 m，裝機(jī)為4×1 250 kW，年發(fā)電量2 139萬(wàn)kW·h。對(duì)蘆家洞水電站改造，若正常水位提高不超過庫(kù)區(qū)淹沒的木杉河、瓦窯河電站壩頂，必將造成2座電站不能正常發(fā)電，造成水資源浪費(fèi)；正常水位提高至244.3 m，比瓦窯河電站壩頂高0.35 m，比木杉河電站壩頂高0.67 m，瓦窯河、木杉河電站將全部淹沒，庫(kù)區(qū)回水至清水塘電站水位為244.6 m，與清水塘電站尾水銜接，水資源得到充分利用。若正常水位再提高，必將造成左岸支流小江上清水塘電站水頭重疊，清水塘電站發(fā)電量減少，難以協(xié)調(diào)。蘆家洞水電站改擴(kuò)建后，電站裝機(jī)3×7 MW，年發(fā)電量為8 580萬(wàn)kW·h，減去原蘆家洞水電站、木杉河和瓦窯河電站的年發(fā)電量，每年可新增發(fā)電量6 142萬(wàn)kW·h。

6 結(jié)語(yǔ)

蘆家洞水電站改擴(kuò)建，大壩由固定壩改成閘壩、正常水位由239.3 m提高到244.3 m，采用“長(zhǎng)蓄短發(fā)”降低水庫(kù)變幅從而改善了水環(huán)境質(zhì)量、增加了河道水域面積、減小了城區(qū)河道的淤積、增加了親水性、美化城市景觀、提高旅游資源品牌且充分利用水資源。蘆家洞水電站改擴(kuò)建后使銅仁中心城區(qū)“城在水中，水在城中”，讓銅仁城拾階數(shù)步，可河邊浣紗，躬身掬水，站在大街之上即可在山中看見自己的倩影，成為天人合一佳境，錦江將成為旅游者的天堂。

蘆家洞水電站改擴(kuò)建于2013年3月下閘蓄水發(fā)電，大壩經(jīng)過4個(gè)洪水期多次高水位的考驗(yàn)，銅仁中心城區(qū)防洪堤、橋梁、污水設(shè)施運(yùn)行情況良好，特別是2014年“7·15”洪水為50年一遇，城區(qū)防洪堤無(wú)一處垮塌，瓦窯河以下防洪堤超高都在1 m以上，與設(shè)計(jì)洪水位工況基本一致，洪水運(yùn)行良好。