大興水電站生態(tài)流量泄放措施分析

王友春

(大唐雅安電力開發(fā)有限公司，四川 雅安 625500)

0 引 言

大興水電站位于四川省雅安市雨城區(qū)雅安市城市中心，是青衣江干流上多營(yíng)坪至龜都府河段四級(jí)水電站開發(fā)規(guī)劃的第二級(jí)。工程建設(shè)期未考慮生態(tài)流量泄放工程措施，國(guó)家近年來(lái)加快生態(tài)文明體制改革，推進(jìn)綠色發(fā)展，加大生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)力度。而水電站部分建設(shè)較早，具有減水河段河床式水電站建設(shè)期未設(shè)置生態(tài)流量泄放措施，不滿足生態(tài)要求，需進(jìn)行改造，以達(dá)到泄生態(tài)流量泄放目的[1]。

1 工程概況

大興水電站位于四川省雅安市雨城區(qū)雅安市城市中心，是青衣江干流上多營(yíng)坪至龜都府河段四級(jí)水電站開發(fā)規(guī)劃的第二級(jí)。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、旅游等綜合效益。壩址以上控制流域面積10251km2，多年平均流量440m3/s，多年平均徑流量139億m3，總庫(kù)容2120萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容340萬(wàn)m3。水庫(kù)正常蓄水位為570.00m，設(shè)計(jì)洪水位567.74m，校核洪水位571.90m，為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，電站總裝機(jī)3×25MW。工程于2002年9月開工建設(shè)，2004年12月水庫(kù)下閘蓄水，投入運(yùn)行。

樞紐建筑物主要由左岸非溢流壩、泄洪閘、沖砂閘、發(fā)電廠房、尾水渠(2950m)、升壓站等組成。壩頂總長(zhǎng)408.00m，最大壩高25.00m。左岸非溢流壩為鋼筋混凝土面板砂卵礫石壩，最大壩高24.50m，壩頂長(zhǎng)度143.14m，壩頂寬10m，壩頂高程572.50m；泄洪閘、沖砂閘均為平底寬頂堰，分別有8孔和3孔，底板高程553.00m，沖砂閘護(hù)坦末端高程550.00m，孔口尺寸均為12.0m×17.0m，工作閘門為平板鋼閘門，由固定式啟閉機(jī)操作，檢修門為平板鋼閘門，分兩節(jié)通過穿銷卡扣式方式連接，由壩頂移動(dòng)式雙向門機(jī)啟閉；尾水渠布置在河道的右岸，全長(zhǎng)2821.0m，為低挖明渠，形成長(zhǎng)約3000m減水河段。詳細(xì)布置見圖1。

圖1 樞紐布置圖

工程建設(shè)期未考慮生態(tài)流量泄放工程措施。

2 最小下泄生態(tài)流量確定

大興電站下游減水河段不涉自然保護(hù)區(qū)，根據(jù)最小生態(tài)流量確定原則，本工程減水河段無(wú)重要取用水、無(wú)集中供水取水點(diǎn)等，水量配置原則為滿足生態(tài)的需求后發(fā)電。由此確定的最小下泄流量為最小下泄生態(tài)流量，即多年平均來(lái)水量的10%，取44m3/s。

3 最小下泄生態(tài)流量泄放措施

3.1 方案比較

根據(jù)大興水電站取水樞紐建筑物布置型式，生態(tài)流量下泄的可能措施有以下4種：①在壩頂布置倒虹吸管作為生態(tài)流量下泄管，保證下泄流量；②將泄洪閘局部限位開啟，閘底泄流保證下泄流量；③將閘門進(jìn)行改造局開孔下泄所需生態(tài)流量；④在非溢流壩段開孔(槽)保證下泄流量泄放；⑤在尾水渠和主河道間設(shè)置抽水泵站從尾水抽水滿足河道生態(tài)用水；⑥擴(kuò)建生態(tài)機(jī)組電站。以上6種方案安全經(jīng)濟(jì)性分析見泄措施方案比較成果表，見表1。

表1 下泄措施方案比較成果表

根據(jù)上述分析，各方案均各有優(yōu)缺點(diǎn)，虹吸管方案雖然施工簡(jiǎn)單、投資較省，但其影響壩頂交通和外觀，與城市市容不兼容，損壞了大壩作為城市工業(yè)旅游影響形象；閘門底部限位局開方案施工簡(jiǎn)單、投資最省，但在運(yùn)行中易造成底板混凝土損壞以及閘門檢修困難，檢修后檢修門提出困難；閘門開孔方案因開孔面積較大，占整個(gè)閘門比例較高，不適宜單扇門上開孔，且同樣存在局部高速水流對(duì)底板混凝土沖刷破壞問題；左岸非溢流壩開孔方案除在施工過程中需降低水庫(kù)水位，影響電站發(fā)電外，還存在泄流量受水庫(kù)水位變化不易達(dá)到流量要求問題；抽水泵方案雖技術(shù)上可行，但水泵功率較大，運(yùn)行檢修成本較高，且無(wú)布置場(chǎng)地；生態(tài)流量電站雖一次性投入較大，但充分利用了水能資源，運(yùn)行期將產(chǎn)生一定效益，可逐步回收，但完善審批手續(xù)及建設(shè)需較長(zhǎng)時(shí)間。經(jīng)綜合比較，方案優(yōu)先順序?yàn)樯鷳B(tài)電站-閘門限位局開-非溢流壩開孔(槽)-虹吸管-抽水泵-閘門開孔。

為滿足環(huán)保限期整改要求，生態(tài)流量電站、抽水泵、非溢流壩開孔方案受施工時(shí)間較長(zhǎng)影響，均不滿足要求。為此，最小下泄生態(tài)流量措施考慮分步實(shí)施，第一步采用在閘門底部設(shè)置限位塊方案以滿足生態(tài)流量泄放，第二步再建設(shè)生態(tài)流量機(jī)組電站，以達(dá)到泄生態(tài)流量泄放目的。

3.2 下泄措施水力計(jì)算

3.2.1 水庫(kù)運(yùn)行水位確定

電站正常蓄水位為570m，正常蓄水位以下庫(kù)容1920萬(wàn)m3,具有日調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)庫(kù)容為340萬(wàn)m3。電站枯期進(jìn)行日調(diào)節(jié)，當(dāng)來(lái)水量小于電站發(fā)電引用流量時(shí)，除滿足最小生態(tài)流量外余水發(fā)電，水庫(kù)水位在正常蓄水位570m與最低水位運(yùn)行，運(yùn)行最低水位為568.5m。汛期當(dāng)入庫(kù)流量<1500 m3/s時(shí)，維持正常蓄水位570m運(yùn)行，因此限位塊計(jì)算庫(kù)區(qū)水位取568.5m。

3.2.2 限位塊高度計(jì)算

泄洪閘為開敞式表孔、寬頂堰，閘底板高程553m，閘孔寬12m，要求下泄生態(tài)流量44m3/s。

泄流底孔按孔口自由出流計(jì)算：

(1)

式中：μ為流量系數(shù)；ε為垂直收縮系數(shù)；b為閘孔寬度，m；e為閘門開啟高度，m；H為閘前水頭，m。

根據(jù)電站實(shí)際運(yùn)行方式，當(dāng)水庫(kù)水位按568.5m計(jì)算，保證最小下泄流量44m3/s的閘孔開啟高度為0.35m。

3.2.3 限位塊設(shè)置

結(jié)合電站閘門運(yùn)行方式，選取在4號(hào)泄洪閘工作門底部左中右位置各焊接一塊高0.35m鋼構(gòu)件起到限位作用，以保證閘門不能到底。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

根據(jù)大興水電站取水樞紐建筑物布置型式，生態(tài)流量下泄的可能措施進(jìn)行比較，經(jīng)綜合比較，方案優(yōu)先順序?yàn)樯鷳B(tài)電站-閘門限位局開-非溢流壩開孔(槽)-虹吸管-抽水泵-閘門開孔。最小下泄生態(tài)流量措施考慮分步實(shí)施，第一步采用在閘門底部設(shè)置限位塊方案以滿足生態(tài)流量泄放，第二步再建設(shè)生態(tài)流量機(jī)組電站，以達(dá)到泄生態(tài)流量泄放目的。限位塊于2018年施工完成，并設(shè)置生態(tài)流量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將生態(tài)流量泄放適時(shí)視頻和流量上傳雅安市水務(wù)平臺(tái)，達(dá)到生態(tài)流量泄放整改要求，通過地方政府部門聯(lián)合驗(yàn)收，該孔閘門在檢修時(shí)通過臨時(shí)開啟其它閘門保障生態(tài)流量泄放[5]。

4.2 建議

工程運(yùn)行中檢查發(fā)現(xiàn)，生態(tài)流量泄放閘門底部混凝土受長(zhǎng)期高速水流沖刷影響，沖蝕較嚴(yán)重，特別是在2020年遭受“8.18”超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水后，受推移質(zhì)長(zhǎng)期磨蝕影響，閘室底板局部存在露筋現(xiàn)象。同時(shí)，每次工作閘門檢修完畢，檢修閘門上段(節(jié))提出后，受動(dòng)水影響，下段檢修閘門無(wú)法準(zhǔn)確穿銷提門，需采取對(duì)底部限位孔進(jìn)行臨時(shí)封堵后方可提出下段節(jié)檢修門，操作較為困難。為確保工程安全穩(wěn)定運(yùn)行，后續(xù)需對(duì)閘底板進(jìn)行防沖處理，也可盡快實(shí)施生態(tài)流量機(jī)組電站予以解決。