峽江水利樞紐工程一期蓄水方案研究與運(yùn)用

朱愛如

(江西省峽江水利樞紐工程管理局，江西 南昌 330095)

0 引 言

江西省峽江水利樞紐工程是國務(wù)院確定的172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程，2009年9月開工，截至2013年7月初，電站首臺機(jī)組安裝進(jìn)入尾聲，需開展初期蓄水保障機(jī)組有水調(diào)試及試驗(yàn)、安全評價、開機(jī)發(fā)電等[1]，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電目標(biāo)。做好初期蓄水是保障首臺及后續(xù)機(jī)組發(fā)電投產(chǎn)發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益、船閘通航和初期運(yùn)行工程防洪度汛安全的前提條件和根本保證[2-3]。不解決初期蓄水問題，就沒有一定的水位條件，機(jī)組安裝等施工將難以繼續(xù)，直接影響工程總體進(jìn)度。但由于大壩門庫壩段敞泄，水庫無法蓄水，不能滿足上述要求。為此開展了深入的研究論證工作。從實(shí)際出發(fā)，采取恢復(fù)三期上游圍堰、提前封堵門庫等措施，運(yùn)用水文分析計算和洪水安全論證成果，提出分兩階段實(shí)施的一期蓄水方案[4]。該方案保證了首臺及后續(xù)數(shù)臺機(jī)組安裝有水調(diào)試、并網(wǎng)發(fā)電和船閘通航等需要，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)目標(biāo)。

1 工程概況

峽江水利樞紐工程位于江西省峽江縣境內(nèi)，是贛江中游一座以防洪、發(fā)電、航運(yùn)為主，兼具灌溉、供水等綜合效益的大(1)型水利樞紐工程。水庫正常蓄水位46 m，死水位44 m(灌溉取水口底高程)，總庫容11.87 億m3，防洪庫容6 億m3，電站裝機(jī)容量360 MW(40 MW×9臺)，最低發(fā)電水位38 m，通航設(shè)施為Ⅲ級航道過1 000 t級船閘，設(shè)計灌溉面積21 966.7 hm2。工程總投資99.22億元，2009年9月開工，2015年4月提前完工投產(chǎn)。

樞紐主要建筑物布置自左岸起重力壩段102.5 m、船閘段47.0 m、門庫段26.0 m、18孔泄水閘段358.0 m、電站廠房壩段274.3 m(其中安裝間長62.5 m與重力壩重合)、右岸重力壩段99.7 m，壩頂全長845.0 m；設(shè)計壩頂高程51.2 m，最大壩高28.7 m。工程屬Ⅰ等大(1)型工程，混凝土泄水閘、混凝土重力壩、電站廠房(擋水段)、船閘上閘首為1級建筑物，電站廠房(非擋水段)、船閘閘室及下閘首為2級建筑物。樞紐工程按三期導(dǎo)流組織施工，工程總平面布置(含一至三期圍堰)見圖1。

圖1 峽江水利樞紐工程總平面布置Fig.1 General layout of Xiajiang Hydro-junction Project

2 一期蓄水方案研究

2.1 工程施工進(jìn)度及形象面貌

截至2013年7月初，工程完成了水庫蓄水安全鑒定，工程施工進(jìn)度及形象面貌如下。

(1) 樞紐右岸電站廠房主體及進(jìn)水渠、尾水渠、重力壩、魚道，以及左岸重力壩、船閘、左側(cè)6孔泄水閘全部完成施工，船閘具備臨時通航條件，左側(cè)6孔泄水閘已投入控制運(yùn)行；廠房上、下游圍堰完成部分拆除，首臺9號機(jī)組安裝基本完成，待蓄水后流道充水和調(diào)試機(jī)組試運(yùn)行發(fā)電；左岸門庫為敞泄?fàn)顟B(tài)；三期12孔泄水閘土建全部完成施工，弧形工作閘門等金屬結(jié)構(gòu)待安裝，三期上、下游圍堰部分堰段受洪水沖損待恢復(fù)。

(2) 庫區(qū)防護(hù)工程蓄水高程39.00 m以下施工全部完工，蓄水高程42.00 m以下有部分遺留工程待完成。

(3) 庫區(qū)移民搬遷安置工作已通過下閘蓄水高程42.00 m省級驗(yàn)收，滿足蓄水要求。

2.2 蓄水方案與蓄水安排

結(jié)合工程實(shí)際，研究論證提出峽江水利樞紐工程蓄水分兩期實(shí)施[5]，一期控制蓄水位為42.00 m，二期蓄水位為正常蓄水位46.00 m?？紤]7，8月來水大、風(fēng)險大因素，計劃一期蓄水分兩個階段。

(1) 2013年7月底進(jìn)行一期下閘蓄水，7月底至9月底，考慮滿足并略高于發(fā)電最低水位和機(jī)組安裝調(diào)試要求，水庫控制蓄水位為39.00 m，由門庫敞泄、機(jī)組發(fā)電和左側(cè)6孔泄水閘控制調(diào)節(jié)進(jìn)行導(dǎo)流放水。需在7月底前恢復(fù)完成洪水沖損的三期上游圍堰填筑擋水，并完成廠房上、下游圍堰拆除，滿足發(fā)電進(jìn)出水過水要求。三期上游圍堰恢復(fù)高程按滿足三期基坑12孔泄水閘弧形工作閘門等安裝一個枯水期安全度汛的需要，采用安全的堰頂高程為46.40 m。

(2) 2013年9月進(jìn)行門庫封堵，9月底后，水庫控制蓄水位為42.00 m，此高程是移民安置省級驗(yàn)收確認(rèn)的控制高程，并滿足發(fā)電和通航水位要求，由機(jī)組發(fā)電和左側(cè)6孔泄水閘控制調(diào)節(jié)進(jìn)行導(dǎo)流。需在9月底前完成門庫封堵和庫區(qū)42.00 m高程以下遺留工程施工，門庫封堵頂高程為43.00 m。門庫封堵后大壩形成了封閉，樞紐下游河段泄放生態(tài)流量按不小于350 m3/s考慮。2014年3月后，三期12孔泄水閘弧形工作閘門等完成安裝，樞紐18孔泄水閘全部投入運(yùn)行使用，水庫進(jìn)入全面控制運(yùn)用狀態(tài)。

2.3 可行性分析

(1) 門庫封堵。按照一期蓄水方案和蓄水安排，門庫封堵后大壩泄流能力受到限制，直接影響三期圍堰安全，封堵時段的選擇很關(guān)鍵。研究分析表明，2013年8月遇10 a一遇洪水時，若門庫封堵，僅由左側(cè)6孔泄水閘泄洪，相應(yīng)水庫洪水位達(dá)46.00 m，不滿足10 a一遇洪水下三期圍堰安全要求。9月遇10 a一遇洪水時，若門庫封堵，相應(yīng)水庫洪水位43.80 m，能保證10 a一遇洪水下三期圍堰安全。因此，選擇2013年9月封堵門庫擋水。經(jīng)上述分析論證，確定在9月?lián)駲C(jī)進(jìn)行門庫封堵。

(2) 水文分析。依據(jù)贛江峽江河段水文流量資料，水庫一期蓄水期間上游來水按照豐(P=25%)、平(P=50%)、枯(P=75%)3種情況考慮[6]。水庫不同月份各頻率來水情況見表1。

表1 水庫不同月份各頻率來水情況

按蓄水安排，一期蓄水方案兩階段水文計算分析情況，見表2。

表2 一期蓄水方案水文計算分析

從表2分析表明，水庫蓄水至相應(yīng)計劃水位，第一階段2～5 d、第二階段2～8 d完成，按兩階段實(shí)施的一期蓄水方案可行，均可按要求蓄至計劃水位。

3 蓄水調(diào)度

3.1 調(diào)度原則

電站水輪機(jī)發(fā)電最小設(shè)計水頭為4.25 m，當(dāng)壩址上下游水位差小于4.25 m，電站機(jī)組停止發(fā)電。當(dāng)水庫蓄水位達(dá)到最低通航水位40.70 m時，可結(jié)合航運(yùn)交通要求調(diào)度運(yùn)用船閘進(jìn)行臨時通航。結(jié)合枯水季旱情，由江西省防總調(diào)度對下游補(bǔ)水緩解旱情等。在蓄水過程中，預(yù)測可能遇較大洪水時，要先騰空部分庫容調(diào)節(jié)運(yùn)用；遇影響工程安全等特殊情況時，要解決好問題后再蓄水。

3.2 調(diào)度方案

綜合考慮機(jī)組安裝調(diào)試、發(fā)電、通航等要求，一期蓄水期間調(diào)度方案如下。

(1) 水庫水位抬升及維持39.00 m蓄水階段，入庫流量不大于2 500 m3/s時由機(jī)組發(fā)電流量和泄水閘下泄，門庫封堵前門庫段敞泄參與泄流；入庫流量大于2 500 m3/s，上下游水位差小于4.25 m，電站機(jī)組停止發(fā)電，由左側(cè)6孔閘泄流逐步加大出流至全開，維持壩前水位39.00 m。

(2) 水庫水位抬升至42.00 m階段，門庫段封堵后，由電站發(fā)電(單機(jī)滿發(fā)流量為525 m3/s)或泄水閘泄放生態(tài)流量350 m3/s，水庫蓄水逐步蓄至42.00 m。

(3) 蓄水維持42.00 m階段，入庫流量小于6 000 m3/s時，全部通過電站發(fā)電和左側(cè)6孔泄水閘下泄；入庫流量大于6 000 m3/s、上下游水位差小于4.25 m時，機(jī)組停止發(fā)電，或蓄水回水超過42.00 m影響庫區(qū)防護(hù)工程施工時，左側(cè)6孔泄水閘進(jìn)行泄洪運(yùn)用，盡快降低庫水位。

3.3 蓄水安全分析

一期蓄水期間，樞紐已建壩體段全部達(dá)到設(shè)計壩頂高程51.20 m，具備在設(shè)計洪水位49.00 m時安全運(yùn)行能力。第一階段蓄水后，2013年9月初開始，在三期圍堰保護(hù)下，三期基坑內(nèi)進(jìn)行12孔泄水閘閘門等金屬結(jié)構(gòu)安裝施工，2014年2月底完成，汛前投入正常運(yùn)用。

(1) 防洪標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)SL 303-2004《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》，三期圍堰和其它工程的施工洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇洪水，已建壩體段擋水的洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇設(shè)計洪水、200 a一遇校核洪水。

(2) 洪水分析。2013年8月考慮左側(cè)6孔泄水閘和門庫段泄洪，2013年9月至2014年2月僅考慮左側(cè)6孔泄水閘泄洪，水庫一期蓄水期間10 a一遇洪水水位，按各月設(shè)計洪峰流量和泄流曲線查算，見表3。

(3) 蓄水安全分析。由表3可知，10 a一遇施工標(biāo)準(zhǔn)洪水時，2013年8月、9月庫水位分別為44.35 m和43.76 m，2013年10月至2014年2月按相應(yīng)泄流能力計算的水庫10 a一遇洪水水位Z10%均低于水庫蓄水位42.00 m，滿足三期圍堰安全性要求，三期圍堰和樞紐已建壩體段是安全的，蓄水安全有保障。

表3 水庫一期蓄水期間10 a一遇洪水水位

(4) 遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水大壩安全分析。水庫一期蓄水期間遇200 a一遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時，按泄洪設(shè)施計算的水庫水位高于三期圍堰頂部高程46.40 m，三期圍堰將潰決。按三期圍堰潰決考慮，經(jīng)計算和分析，水庫洪水水位46.50 m。水庫遇200 a一遇洪水，大壩壩體是安全的。

4 實(shí)施運(yùn)用成效

4.1 實(shí)施過程情況

(1) 2013年7月21日，完成廠房上、下游圍堰拆除施工，廠房進(jìn)水渠充水；7月22日，首臺9號機(jī)組進(jìn)行了流道充水試驗(yàn)，開始有水調(diào)試；7月29日三期圍堰完成恢復(fù)施工開始擋水，上游圍堰頂高程達(dá)到46.40 m，下游圍堰頂高程40.90 m，左側(cè)6孔泄水閘正式下閘實(shí)施一期蓄水。7月31日，蓄水位上升至38.62 m，完成首臺機(jī)組首次開機(jī)試運(yùn)行，9月1日正式并網(wǎng)發(fā)電。9月5日完成門庫鋼閘門封堵施工，門庫壩段擋水，結(jié)束敞泄?fàn)顟B(tài)。庫區(qū)防護(hù)工程高程42.00 m以下遺留工程完成后，11月19日蓄水位達(dá)到42.00 m，全面實(shí)現(xiàn)一期蓄水方案確定的目標(biāo)。12月27日第二臺(8號)機(jī)組完成安裝投產(chǎn)并網(wǎng)發(fā)電。

(2) 2013年7月底三期圍堰完成恢復(fù)施工后，保護(hù)三期基坑組織施工。2014年2月底完成全部三期12孔泄水閘弧形工作閘門等安裝施工和運(yùn)行調(diào)試，三期12孔泄水閘全部具備啟閉運(yùn)行條件。2014年1月1日機(jī)組停止發(fā)電，放空庫水開始三期上、下游土石圍堰拆除及基坑上、下游縱向混凝土圍堰爆破拆除施工，3月22日完成拆除施工，三期12孔泄水閘均具備過流運(yùn)行條件。3月23日，樞紐18孔泄水閘全部投入運(yùn)行使用，全部下閘恢復(fù)水庫蓄水，大壩實(shí)現(xiàn)了有閘控制，3月28日蓄水至一期控制水位42.00 m，同時已安裝的2臺機(jī)組恢復(fù)發(fā)電。4月12日，第三臺(7號)機(jī)組完成安裝投產(chǎn)并網(wǎng)發(fā)電。

(3) 一期蓄水期間，編制完善了工程施工度汛方案和防洪應(yīng)急預(yù)案[7]，獲江西省防總批復(fù)，并積極做好防汛各項(xiàng)準(zhǔn)備，確保蓄水期間防洪度汛安全。

4.2 難點(diǎn)問題處理

(1) 門庫封堵時通過門庫的泄流量400 m3/s，水流速度超過7 m/s，流量大、流速快。在動水中，單靠鋼閘門自重下沉落放，門體受高速水流沖擊會產(chǎn)生漂浮、晃蕩，或發(fā)生傾斜、卡阻，無法安全落放。通過采取在閘門側(cè)面增加一定的配重方式下沉落放，保證了閘門穩(wěn)定落放到位。

(2) 由于廠房上游圍堰已拆除，切斷了三期圍堰填筑原來的施工道路，2013年7月三期上游圍堰恢復(fù)施工沒有道路供通行。通過對上游一期縱向混凝土圍堰頂端與三期圍堰連接處進(jìn)行渣土填筑，將兩者連接起來，解決了施工道路問題，推進(jìn)了三期上游圍堰的按時恢復(fù)到位。

(3) 2013年12月19日，水庫遭遇一次入庫流量4 200 m3/s的洪水。通過預(yù)報演算，及時調(diào)度開啟泄水閘左側(cè)6孔的部分閘門泄放洪水，成功應(yīng)對了一次較大洪水。此次洪水過程中，水庫上游控制最高水位41.00 m，低于設(shè)防水位，未造成不利影響，工程安全度汛。

(4) 由于電站部分機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，作為原施工道路的電站上下游圍堰均已拆除，2014年年初開展三期上、下游圍堰及縱向混凝土圍堰拆除施工時沒有交通道路。通過在電站下游原圍堰基礎(chǔ)上重新填筑渣料形成道路，連接三期基坑和右岸施工道路，保障了三期圍堰拆除渣料的運(yùn)輸?shù)缆芬?，促進(jìn)了一期蓄水方案全面實(shí)施見效。

4.3 實(shí)際運(yùn)用成效

(1) 實(shí)施一期下閘蓄水，比原設(shè)計計劃提前14個月完成門庫封堵，滿足了首臺(9號)、第二臺(8號)、第三臺(7號)機(jī)組安裝有水調(diào)試和并網(wǎng)發(fā)電等要求，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)重大節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，盡早發(fā)揮了發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益，是工程建設(shè)重要的里程碑。提前保障了期間多臺機(jī)組繼續(xù)安裝條件和投產(chǎn)發(fā)電。經(jīng)統(tǒng)計，增加發(fā)電量3.4億kW·h，增創(chuàng)發(fā)電收入1.4億余元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(2) 2013年11月上旬，在上游來水流量較枯情況下，按江西省防總調(diào)度，加大向下游補(bǔ)水，最大補(bǔ)水流量超過130 m3/s，連續(xù)補(bǔ)水6 d，累計補(bǔ)水超過0.4億m3，首次通過補(bǔ)水緩解了南昌市下游特枯旱情。

(3) 2013年8月至2014年11月運(yùn)用船閘組織了多次通航，緩解了工程施工對通航的不利影響。同時，庫內(nèi)水位抬升，航運(yùn)條件得到改善，發(fā)揮了航運(yùn)效益。

(4) 利用三期圍堰擋水蓄水，三期基坑內(nèi)12孔泄水閘弧形工作閘門等安裝提前具備施工條件，對順利推進(jìn)整個樞紐工程建設(shè)發(fā)揮了重要作用。

5 結(jié) 語

結(jié)合峽江水利樞紐工程實(shí)際，通過論證研究，提出了合理可行的一期蓄水方案。按照方案在2013年7月底實(shí)施了一期下閘蓄水，提前在當(dāng)年9月完成門庫封堵，開始初期蓄水。期間，滿足了多臺機(jī)組安裝調(diào)試、并網(wǎng)發(fā)電、船閘通航和改善下游供水等需求，解決了突出的難點(diǎn)問題，保證了已建、在建工程施工度汛安全，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)重大節(jié)點(diǎn)目標(biāo)和一期蓄水安全目標(biāo)，取得了良好的綜合效益。該工程經(jīng)驗(yàn)可為類似工程的設(shè)計、施工組織、建設(shè)管理提供有益借鑒。