小中甸水庫工程初期蓄水方案優化設計

羅純軍，彭 嫻

淵湖南省水利水電勘測設計研究總院袁410007袁長沙冤

一、初期蓄水目標及下游用水要求

小中甸水庫蓄水目標為：2014年8月底前水庫蓄水位達到死水位3 212.5 m，9月底前達到溢洪道堰頂高程3 227.0 m；如溢洪道閘門在水庫初期蓄水前安裝并具備正常運用條件，9月底前爭取蓄水到水庫汛期限制水位3 233.0 m，10月爭取蓄水到正常蓄水位3235.0m。

原設計在3 210.00 m高程布設1個生態基流放水管，管徑0.60 m，死水位時泄流能力為4.61 m3/s,遠小于汛期（7月1日—9月30日）來水流量，水庫蓄水位達到死水位后仍將被迫抬升庫水位到溢洪道堰頂高程3 227.00 m。汛期溢洪道閘門未安裝的蓄水方案，水庫汛期最高蓄水位實際為溢洪道堰頂高程3 227.00 m。蓄水前溢洪道閘門已安裝并具備正常運用的條件下，水庫汛期最高蓄水位為汛期限制水位3 233.00 m。

水庫下游除生態、景觀和環境用水需求外，還有下游已建吉沙、沖江河(一期、二期)、螺絲灣電站發電的用水要求，以及農業、農牧民用水的要求。鑒于小中甸水庫初期蓄水期間，本工程2014年8月底前電站不能投入運行，水庫蓄水后只有生態基流放水管放水。初期蓄水期間主要考慮下游生態、景觀和環境用水需求，以及農業、農牧民用水的要求。經分析，水庫初期蓄水期按下游生態最小流量1.42 m3/s和下游灌溉引用流量1.42 m3/s，合計最小流量為2.84 m3/s，通過生態基流放水管放水。

水庫蓄水位在死水位3 212.50 m以下時，通過壩底埋管（管中心高程為3 190.00 m，直徑0.60 m）下泄最小流量2.84 m3/s，當蓄水位達到死水位后關閉壩下埋管閥門，由生態基流放水管放最小流量。本工程建設期間或工程運行期間，當電站2臺機組不能發電時，為保證下游電站發電，增建了2個生態基流放水管，管中心高程均為3 210.00 m,直徑0.60 m。

二、水庫來水計算

根據初擬的導流洞閘門下閘時間，水庫主要初期蓄水時間為2014年7—9月，水庫應在保證工程安全的條件下盡可能多蓄水。壩址多年平均各月來水情況見表1。

表1 小中甸站壩址多年平均月平均流量及年內分配

在計算各時段水庫入庫流量時，先將 7、8、9、10 月 4 個月份的壩址流量進行排頻，得出該月豐 (25%)、平(50%)、枯(75%)對應的入庫流量。然后再將 7、8月入庫流量，8、9月入庫流量，7、8、9月入庫流量相加后進行排頻， 得出7—8月、7—9月、8—9月對應豐(25%)、平(50%)、枯(75%)的入庫流量。根據壩址徑流系列計算的設計入庫流量成果見表2。

表2 水庫初期蓄水設計入庫流量成果

三、水庫初期蓄水方案擬定

1.初期蓄水計算條件

2014年汛期水庫初期蓄水的起始水位為導流洞進口高程3 192.00 m。蓄水期由放水管放最小流量2.84 m3/s，溢洪道具備泄流條件。

2.蓄水方案

方案一：2014年汛后（10月1日以后，2臺機組具備發電過水條件）溢洪道閘門安裝，溢洪道敞開泄洪。按不同的導流洞閘門下閘時間計算水庫蓄水達到死水位3 212.5 m、溢洪道堰頂高程3 227.0 m的時間。汛期水庫最高蓄水位為溢洪道堰頂高程3 227.0 m。

方案二：溢洪道閘門在水庫蓄水前安裝、調試完畢，具備正常運用條件。水庫蓄水位汛期（7月1日—9月31日）高于溢洪道堰頂高程3 227.0 m、低于汛期限制水位3233.0 m時由溢洪道閘門檔水,汛期最高蓄水位為防洪限制水位3 233.0 m。汛后可蓄水至正常蓄水位3 235.0 m。遇洪水時由溢洪道泄洪。按不同的導流洞閘門下閘時間計算水庫蓄水達到死水位3 212.5 m、溢洪道堰頂高程3 227.0 m和防洪限制水位3 233.0 m的時間。

四、水庫初期蓄水計算

由于初期蓄水時長往往不超過一個水文年，因此以月為單位對水庫來水進行計算。計算時，為了既能體現每月來水的代表性，同時又體現出蓄水期來水的整體性，采取下列公式對蓄水期內每月入庫來水進行計算：

式中，p為頻率，n為連續蓄水月份，Qp,n為初期蓄水計算時采用頻率為P的第n個月的計算入庫流量，為對第 1～n 月來水之和排頻后對應的頻率為P時的流量。

將上述公式運用于小中甸水利樞紐，以方案一為例，水庫在7月蓄水，9月前達到堰頂高程，故對7—9月共3個月的來水進行分析。7月來水流量直接采用7月相應頻率對應流量，8月采用的計算入庫流量為相應頻率7、8月流量之和減去7月入庫流量，9月采用的計算入庫流量為相應頻率的7、8、9月流量之和減去 7、8月流量之和。如P=75%的7—9月的計算入庫流量計算公式為：

式中：Q75%，7、Q75%，8、Q75%，9為 7、8、9 月份計算采用的頻率為75%的計算入庫流量，（Q7）75%為實測長系列中 7 月份頻率為 75%的流量，（Q7+8）75%為實測長系列中7、8月份流量之和對應頻率為 75%的流量，（Q7+8+9）75%為實測長系列中7、8、9月份流量之和對應頻率為75%的流量。

以上述公式計算水庫入庫來水流量，并以此計算蓄水過程。按照計算入庫來水流量、最小下泄流量、蓄水條件和蓄水方案進行水庫初期蓄水計算，計算成果見表3。

根據上表計算結果，水庫初期蓄水方案二優于方案一。按施工進度，推薦方案二中的2014年7月21日—8月1日導流洞下閘時間，最晚下閘時間不宜晚于8月11日。

五、水庫初期蓄水方案推薦

本工程水電機組裝機2臺，根據工程進度，計劃2014年8月底和9月底2臺機組分別具備發電條件。8月底前水庫初期蓄水位應達到死水位3 212.5 m，水庫蓄水位達到死水位后仍將被迫抬升庫水位到溢洪道堰頂高程3 227.0 m。水庫蓄水前溢洪道閘門未安裝的蓄水方案，水庫初期最高蓄水位實際為溢洪道堰頂高程3 227.0 m。蓄水前溢洪道閘門已安裝并具備正常運用的蓄水方案，水庫2014年汛期 （7月1日—9月31日）最高蓄水位采用汛期限制水位3 233.0 m，10月1日以后可蓄水至正常蓄水位3 235.0 m。

2014年導流洞閘門下閘前主要工程應達到的形象面貌要求如下述。

表3 水庫初期蓄水計算成果

1.水庫初期蓄水方案一：溢洪道閘門汛后（10月1日以后）安裝

①擋水工程?；炷林鲏喂?個壩段，#1、#5、#8壩段澆筑至壩頂3 237.00 m高程，其他壩段澆筑至3 234.00 m高程；混凝土副壩共5個壩段，#1、#5壩段澆筑至壩頂3 237.00高程，其他壩段澆筑至3 233.80 m高程；完成主、副壩固結灌漿全部工作；完成主、副壩全部壩基及壩肩防滲與排水工作；完成主壩河床內塔機拆除，上游圍堰拆除。

②引水發電工程。完成進水塔所有混凝土澆筑施工，進水塔塔身澆筑至高程3 238.20 m；啟閉機排架柱澆筑至高程3 250.00 m，完成橋墩及橋臺混凝土澆筑施工，澆筑至高程3 238.20 m，完成攔污柵及檢修閘門二期混凝土施工；完成進水塔鋼橋安裝施工，并完成引水渠及左右八字墻混凝土施工。這些工程都已通過驗收。

完成進水塔檢修閘及攔污柵門槽埋件安裝，并完成進水塔啟閉機安裝、檢修閘門安裝和攔污柵安裝施工，具備擋水條件，并通過驗收。

③放水、泄水工程。主壩1條初期蓄水壩底埋管、3條生態基流放水管具備過水條件。

2014年導流洞下閘后，壩體防洪標準為50年一遇設計、100年一遇校核，導流洞下閘后若遇100年一遇洪水，壩前水位將高于溢洪道堰頂高程3 227.00 m，因此表孔溢洪道應具備泄流條件。

④完成#1、#3、#4邊坡治理與加固工程。

⑤正常蓄水位 （考慮浸沒影響）以下庫區移民搬遷、專項遷建、庫區清理等全部完成，并經驗收。

⑥導流洞封堵施工準備就緒。

2.水庫初期蓄水方案二：蓄水前溢洪道閘門具備正常運用條件

①導流洞進口閘門下閘前工程應達到的形象面貌同前所述，其中溢洪道壩段2014年6月22日澆筑到壩頂。

②溢洪道閘門于2014年7月15日前安裝、調試完成，具備正常運用條件。

2014年汛期水庫初期蓄水的起始水位為導流洞進口高程3 192.0 m。蓄水期由放水管放最小流量2.84m3/s。

水庫初期蓄水方案一：溢洪道閘門2014年汛后 （10月1日以后）安裝，汛期（7月1日—9月31日）溢洪道敞開泄洪。遇75%的枯水來水情況，水庫蓄水8月底達到死水位3 212.5 m，9月底達到溢洪道堰頂高程3 277.0 m，導流洞最晚下閘時間為2014年8月11日。

水庫初期蓄水方案二：溢洪道閘門在導流洞閘門下閘前安裝調試完畢，具備正常運用條件。汛期最高蓄水位為防洪限制水位3 233.0 m。汛后可蓄水至正常蓄水位3 235.0 m。遇75%的枯水情況，按7月21日—8月1日導流洞閘門下閘計算水庫蓄水，達到死水位3 212.5 m的時間為8月6日—8月15日、達到溢洪道堰頂高程3 227.0 m的時間為9月6日—9月19日、達到防洪限制水位3 233.0 m的時間為9月27日—10月12日；7月21日下閘，10月21日可達到正常蓄水位，8月1日下閘，10月底可達到3 234.1 m。

本工程布設1孔溢洪道，水電機組裝機2臺。根據工程進度，計劃2014年8月底和9月底2臺機組分別具備發電條件。8月底前水庫初期蓄水位應達到死水位3 212.50 m以上。為盡可能增加本電站和梯級電站發電效益，汛期應盡可能抬高水庫蓄水位。根據計算的水庫初期蓄水方案，溢洪道閘門在水庫初期蓄水前安裝并具備正常運用條件對水庫初期蓄水是有利的，開始蓄水時間最早為7月21日，最晚為8月11日。根據當時工程面貌和后續工程安排，推薦蓄水方案二中的2014年7月21日到8月1日導流洞下閘的水庫初期蓄水方案是合適的。 ■