大興水電站生態流量泄放措施分析

王友春

(大唐雅安電力開發有限公司，四川 雅安 625500)

0 引 言

大興水電站位于四川省雅安市雨城區雅安市城市中心，是青衣江干流上多營坪至龜都府河段四級水電站開發規劃的第二級。工程建設期未考慮生態流量泄放工程措施，國家近年來加快生態文明體制改革，推進綠色發展，加大生態系統保護力度。而水電站部分建設較早，具有減水河段河床式水電站建設期未設置生態流量泄放措施，不滿足生態要求，需進行改造，以達到泄生態流量泄放目的[1]。

1 工程概況

大興水電站位于四川省雅安市雨城區雅安市城市中心，是青衣江干流上多營坪至龜都府河段四級水電站開發規劃的第二級。工程以發電為主，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，總庫容2120萬m3，調節庫容340萬m3。水庫正常蓄水位為570.00m，設計洪水位567.74m，校核洪水位571.90m，為日調節水庫，電站總裝機3×25MW。工程于2002年9月開工建設，2004年12月水庫下閘蓄水，投入運行。

樞紐建筑物主要由左岸非溢流壩、泄洪閘、沖砂閘、發電廠房、尾水渠(2950m)、升壓站等組成。壩頂總長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，由固定式啟閉機操作，檢修門為平板鋼閘門，分兩節通過穿銷卡扣式方式連接，由壩頂移動式雙向門機啟閉；尾水渠布置在河道的右岸，全長2821.0m，為低挖明渠，形成長約3000m減水河段。詳細布置見圖1。

圖1 樞紐布置圖

工程建設期未考慮生態流量泄放工程措施。

2 最小下泄生態流量確定

大興電站下游減水河段不涉自然保護區，根據最小生態流量確定原則，本工程減水河段無重要取用水、無集中供水取水點等，水量配置原則為滿足生態的需求后發電。由此確定的最小下泄流量為最小下泄生態流量，即多年平均來水量的10%，取44m3/s。

3 最小下泄生態流量泄放措施

3.1 方案比較

根據大興水電站取水樞紐建筑物布置型式，生態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將閘門進行改造局開孔下泄所需生態流量；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置抽水泵站從尾水抽水滿足河道生態用水；⑥擴建生態機組電站。以上6種方案安全經濟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

根據上述分析，各方案均各有優缺點，虹吸管方案雖然施工簡單、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旅游影響形象；閘門底部限位局開方案施工簡單、投資最省，但在運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水位，影響電站發電外，還存在泄流量受水庫水位變化不易達到流量要求問題；抽水泵方案雖技術上可行，但水泵功率較大，運行檢修成本較高，且無布置場地；生態流量電站雖一次性投入較大，但充分利用了水能資源，運行期將產生一定效益，可逐步回收，但完善審批手續及建設需較長時間。經綜合比較，方案優先順序為生態電站-閘門限位局開-非溢流壩開孔(槽)-虹吸管-抽水泵-閘門開孔。

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

3.2 下泄措施水力計算

3.2.1 水庫運行水位確定

電站正常蓄水位為570m，正常蓄水位以下庫容1920萬m3,具有日調節能力，調節庫容為340萬m3。電站枯期進行日調節，當來水量小于電站發電引用流量時，除滿足最小生態流量外余水發電，水庫水位在正常蓄水位570m與最低水位運行，運行最低水位為568.5m。汛期當入庫流量<1500 m3/s時，維持正常蓄水位570m運行，因此限位塊計算庫區水位取568.5m。

3.2.2 限位塊高度計算

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

泄流底孔按孔口自由出流計算：

(1)

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

根據電站實際運行方式，當水庫水位按568.5m計算，保證最小下泄流量44m3/s的閘孔開啟高度為0.35m。

3.2.3 限位塊設置

結合電站閘門運行方式，選取在4號泄洪閘工作門底部左中右位置各焊接一塊高0.35m鋼構件起到限位作用，以保證閘門不能到底。

4 結論與建議

4.1 結論

根據大興水電站取水樞紐建筑物布置型式，生態流量下泄的可能措施進行比較，經綜合比較，方案優先順序為生態電站-閘門限位局開-非溢流壩開孔(槽)-虹吸管-抽水泵-閘門開孔。最小下泄生態流量措施考慮分步實施，第一步采用在閘門底部設置限位塊方案以滿足生態流量泄放，第二步再建設生態流量機組電站，以達到泄生態流量泄放目的。限位塊于2018年施工完成，并設置生態流量在線監測系統將生態流量泄放適時視頻和流量上傳雅安市水務平臺，達到生態流量泄放整改要求，通過地方政府部門聯合驗收，該孔閘門在檢修時通過臨時開啟其它閘門保障生態流量泄放[5]。

4.2 建議

工程運行中檢查發現，生態流量泄放閘門底部混凝土受長期高速水流沖刷影響，沖蝕較嚴重，特別是在2020年遭受“8.18”超設計標準洪水后，受推移質長期磨蝕影響，閘室底板局部存在露筋現象。同時，每次工作閘門檢修完畢，檢修閘門上段(節)提出后，受動水影響，下段檢修閘門無法準確穿銷提門，需采取對底部限位孔進行臨時封堵后方可提出下段節檢修門，操作較為困難。為確保工程安全穩定運行，后續需對閘底板進行防沖處理，也可盡快實施生態流量機組電站予以解決。