黔南朝阳发电有限公司 贵州荔波 558400
摘要：针对大七孔电厂工程缺乏专用的生态流量泄放设施问题,依据水库、水电站和浆砌石重力坝等工程特性, 提出了四种适用的泄流方案。结果表明, 四种泄流方案均可作为该工程泄放生态流量的保障措施，对改善工程下游生态具有重要意义。
关键词： 水电厂 生态流量 方案分析
1 项目概况
大七孔电厂位于贵州省荔波县境内，是樟江河支流方村河梯级开发的最后一级电站，总装机48MW（3×16MW），主体建筑物包括拦河坝（总库容2530万m3,设计为周调节，坝轴线长94.5m，主坝坝高38.5m）、引水隧道（长约6公里）、厂房、升压站等。电站分两期建设，一期工程装机2×16 MW，2002 年11月建成投运，二期工程装机1×16 MW，2005 年8 月投入运行。坝址以上流域面积1320km2,多年平均流量30m3/s，大坝正常蓄水高程743m，死水位741m，正常蓄水位以下库容207万m3，可利用库容182万m3，死库容25万m3，为周调节水库。大坝为浆砌石重力坝，坝轴线长94.5m，最大坝高25.54m，坝上分溢流段与非溢流段，溢流坝段净宽3×12m，溢流坝顶高程736m，坝顶设三扇12×7m平板钢闸门，坝左岸设冲沙洞一条，长67m，洞径3.2m，洞口设有3.3×3.2m平板钢闸门二扇。本工程属三等工程，主要建筑物按 3 级设计，次要建筑物按 4 级设计，临时建筑按 5 级建筑物设计，但主要建筑物引水坝，因坝较低，大坝降低一级，按 4 级建筑物设计。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017），新增生态放水系统建筑物为次要建筑物，按 4 级建筑物设计。
2 方案提出
根据大七孔电厂板谭大坝现有建筑物布置，水库各水位关系并结合现场运行情况，设计考虑了 4 种改造方案。
方案 1 ：改造冲沙放空洞方案
放空冲砂隧洞布置在左岸岸边紧靠发电进水口，该隧洞进口底部高程 726.00m，洞长 70.6m，洞径 3.2m，进口设两扇 3.2×3.2m 的工作闸门及检修闸门。对现有隧洞进行改造，在洞轴线与大坝帷幕交接处增设堵头，堵头中间埋钢管，管道明管敷设于洞内，钢管直径 1.2m，利用冲沙放空洞长约 50m。隧洞出口设闸阀室用于控制水库放空及下放生态环境水作用，其中放空管管径 1.2m，生态管管径 0.2m，管材都采用钢管。闸阀室基础采用 C25 钢筋砼基础，室内设 DN=1200 闸阀一套、DN=200流量控制阀一套，分别作用放空及生态放水用。该方案施工工期预计 2 个月（包含管道安装、堵头浇筑、出口闸阀室浇筑及金结电气设备采购安装等），方案总投资约 175 万元。
方案 2 ：大坝穿孔埋管方案
大坝枢纽布置简单，坝型为浆砌石重力坝，坝上 3 孔 7×12m 平板钢闸门分开布置，2 孔布置在河床中间，另一孔布置在右岸垭口处。河床与垭口间为山体，在大坝施工填筑时，对该部分山体进行表层开挖清理至基岩后，外侧进行浆砌块石填筑，类似“金包银”。河床和右岸垭口间非溢流坝段宽度为 11m，且该段在坝体下游浇筑成半径 9m、夹角 78°的扇形平台，平台高程为 737.00m。大坝下游设有二道坝，溢洪道出口形成水垫塘。结合以上条件，考虑大坝穿孔埋管方案。在下游平台处，采用水平钻套管钻孔，孔倾斜至上游，钻孔长 18m，孔径为 500mm。钻孔区域为“砌石+岩体互层”，钻孔前应对该区域进行固结灌浆，提高砌体和岩体完整性，以便施工。由于普通水平钻钻孔最大孔径为 146mm，该方案孔径较大，需采用特殊设备钻孔。待成孔后，套管内埋设生态放水钢管，下游末端管中心高程 738.25m，钢管直径 DN=300mm，壁厚12mm。套管外侧进行回填灌浆，内侧与取水干管空隙采用密实混凝土回填。取水钢管末端，下游平台处设闸阀室。闸阀室基础采用 C25 钢筋砼基础，室内设 DN=3006流量控制阀一套，用于生态放水。该方案施工工期预计 1 个月（包含套管钻孔、生态放水管安装、出口闸阀室浇筑及金结电气设备采购安装等），方案总投资约 55 万元。
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方案 3 ：右岸坝体正虹吸方案
虹吸式输水管是利用上游液面的大气压与管内压强差而工作的一种压力输水管道，多用于短距离输水工程。工程中一般限制虹吸管中最大真空不超过 7-8m 水柱。板谭大坝坝顶高程 755.54m，正常蓄水位 743.00m，死水位 741.00m。大坝右岸溢流表孔上游面设有灌浆平台，平台高程 734.00m。大坝下游设有二道坝，溢洪道出口形成水垫塘。结合以上条件，可考虑在大坝右岸非溢流坝段布设虹吸管。虹吸管顶部水平段在 748.00m 高程坝身穿孔、上游斜管进口伸入死水位以下、下游斜管沿山体敷设接入水垫塘内，水平段采用水平钻套管钻孔，钻孔长 9m，孔径为 500mm，斜管段采用 C20 砼外包，管材采用钢管，钢管直径 DN=250mm，壁厚 12mm。在管顶部水平段大坝上游侧与排气管连接，排气管末端与真空泵连接；在管顶部水平段大坝下游侧设 DN=250 流量控制阀一套，用于生态放水。该方案施工工期预计 1.5 个月（包含套管钻孔、生态放水管安装、出口闸阀室浇筑及金结电气设备采购安装等），方案总投资约 70 万元。
方案 4 ：右岸山体隧洞方案正常蓄水位 743.00m，死水位 741.00m，溢流表孔堰顶高程 736.00m。右岸山体顶部高程约 760.00m，且河道沿右岸转弯，可在右岸山体布设隧洞并洞内敷管。隧洞由下游至上游侧开挖，为无压隧洞，隧洞采用城门洞型，横断面高度 1.8m、宽度 1.5m。隧洞长约 70m，下游段主要为Ⅲ类围岩、上游段主要为Ⅴ类围岩。隧洞衬砌后，进行洞内钢管敷设，管材采用钢管，钢管直径 DN=300mm，壁厚 12mm。下游处设闸阀室。闸阀室基础采用 C25 钢筋砼基础，室内设 DN=300 流量控制阀一套，用于生态放水。该方案施工工期预计 3 个月（包含隧洞开挖衬砌、生态放水管安装及金结电气设备安装、出口闸阀室浇筑及金结电气设备采购安装等），方案总投资约 150 万元。
3 方案分析
对以上 4 个方案从施工组织、工程投资、影响发电效益及其他等角度进行初步比较，选出较优方案。
（1）施工组织
方案 1：自电厂运行以来，冲沙放空洞进口工作闸门长期处于关闭状态，该方案施工前应开启工作闸门，对隧洞进行杂物等冲刷清洗。然后，抽排下游水垫塘内的水。在下游布置施工便道，以便安装钢管、闸室浇筑等。该方案应在枯水期施工，工期预计 2 个月。
方案 2：施工前库水位应下放至死水位 741.00m 以下，采用水平钻套管钻孔，钻孔约 18m，对钻孔精度要求较高，钻孔设备可由右岸岸坡吊装至下游 737.00m 操作平台，不需要布置施工便道，只需搭设临时人行便道。该方案应在枯水期施工，工期预计 1 个月。
方案 3：上游斜管管道紧挨右岸布置，水库正常蓄水位与死水位 741.00m 相差仅 2m，上游斜管只需深入死水位以下即可，施工前不需要降低库水位，借助右岸上坝公路施工即可；顶部水平段钻孔时，采用水平钻套管钻孔，钻孔约 9m，对钻孔精度要求较高，需搭设临时操作平台；下游斜管段施工时，管道沿右岸山体布置，管槽开挖较为困难，管道可采用吊车吊运安装。该方案施工工期预计 1.5 个月。
方案 4：施工前需库水位应下放至死水位 741.00m 以下，在下游右岸山体布置施工便道，以便出渣。隧洞采用爆破洞挖，下游岩性较好，上游岩性差，需做好临时支护措施。该方案施工工期预计 3 个月。从施工组织角度推荐方案 2。
（2）工程投资
从工程投资角度推荐方案 2。
（3）影响发电效益
方案 1：只需在施工前开启工作闸门，对隧洞进行杂物等冲刷清洗，施工过程中不影响电厂发电。
方案 2：施工前库水位应下放至死水位 741.00m 以下，影响发电时间预计 1 个月。
方案 3：施工过程中不影响电厂发电。
方案 4：施工前需库水位应下放至死水位 741.00m 以下，影响发电时间预计 3个月。从影响发电效益角度推荐方案 3。
（4）其他
方案 1 在冲沙放空隧洞末端增设闸阀室，受地形及现有建筑物布置影响，闸阀室位于左岸溢流表孔下游侧，影响表孔泄洪能力。同时，若冲沙放空隧洞进口工作闸门因年久，无法开启，该方案成本及工期会大大增加。
方案 2 采用套管钻孔，该方案对钻孔精度要求高且需要特殊钻孔设备。
方案3采用正虹吸放水，由于水中气核的存在，管总真空度大于0.238m水柱时，水流就会发生汽化现象，致使虹吸管中的流态由单相液流转变为气液两相流。影响生态管放水功能。
方案 4 隧洞轴线位于大坝右岸及导流洞之间，且距离都较近。隧洞开挖爆破时，对大坝及导流洞安全稳定有一定的影响。
（5）结论
综上所述，从施工组织、工程投资、影响发电效益及其他等角度进行初步比较，根据大七孔电厂大坝现有建筑物布置，结合现场运行情况，对增设大七孔电厂大坝生态放水系统的方案进行了初步技术经济综合比较，推荐右岸坝体正虹吸方案。
4 结论
我国已进入生态文明建设阶段,解决已建拦河工程带来的生态问题, 修复河流生态系统是今后水利水电工程事业发展必须面对的。本文以大七孔电厂工程为例，提出了四种满足生态流量泄放要求的泄放方案, 以期为已建水电站工程泄放生态流量提供经验借鉴。
参考文献:
[1]刑志勇. 抽水蓄能电站下泄生态流量的确定及泄放设施设计. 水利技术监督,2018(6)
论文作者:魏广勇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/1
标签：方案论文; 隧洞论文; 钻孔论文; 大坝论文; 水位论文; 下游论文; 生态论文; 《防护工程》2018年第35期论文;