引水式水電站生態流量的設計與實現

邱雄挺

（浙江浙能華光潭水力發電有限公司，浙江 杭州 311322）

0 引言

水電站生態流量對生態環境保護、綠色發展、農田灌溉、民生用水等發揮著至關重要作用。早期，國內建造的水電站基本未配備生態流量下泄設施，水電站的節流斷水對下游的河道、生態、生物鏈、環境等造成一定程度上的破壞。如何既可持續發展，保證河道、湖泊生態水源，滿足生態水源流量要求，又避免水電站水資源浪費造成企業經濟損失，實現水電站的生態流量下泄，成為一些水電站面臨的難題。本文以華光潭二級水電站為例，介紹引水式水電站生態流量下泄的設計與實現。

1 工程概況

華光潭二級水電站位于浙江省杭州市臨安區境內分水江干流昌化江上游的巨溪上，二級大壩攔河壩為C15砼重力壩，發電引水系統位于大壩右岸，由進水口、發電引水隧洞、調壓井、壓力管道等組成，全長5 188 m。大壩左岸底部設一根直徑800 mm的放水管，放水管上設有1臺Φ800 mm錐形閥作為工作閥門，1臺Φ800 mm電動伸縮蝶閥作為檢修閥門，錐形閥和蝶閥用于控制水庫放水。

2 設計思路

2.1 水位參數

校核洪水位（P=0.5%） 231.75 m

設計洪水位（P=2%） 230.35 m

正常蓄水位 227.70 m

死水位 227.00 m

生態流量下泄庫水位區間 220～228 m

2.2 生態流量參數

生態流量 0.269 m3/s

2.3 改造方案

放水管室長約6 m，放水管中心高程213.30 m，內徑800 mm，鋼管厚度10 mm。放水管從大壩上游側穿管至大壩下游側，大部分管道為混凝土外包，僅在放水管閥室中檢修蝶閥和錐形閥彎管處具備支管焊接條件。錐形閥彎管處增設支管會影響錐形閥放水時的水流狀態，容易造成振動、氣蝕等不利后果，且錐形閥彎管位于室外高空，不便于安裝作業。因此考慮在檢修蝶閥下游側增設生態流量下泄支管。

大壩生態流量下泄庫水位區間為220～228 m，水位變動幅度較大，根據生態流量下泄計算結果，支管管徑選用DN350 mm，支管中心高程214.65 m。選用DN350 mm,0.6 MPa活塞式流量調流閥作為生態流量下泄支管工作閥，調流閥配備遠程控制接口。調流閥上游側設DN350 mm,0.6 MPa插入式電磁流量計，流量計配備數據傳輸接口?？紤]生態流量下泄支管、閥組定期維護檢修方便，在電磁流量計上游設置一道DN350 mm,0.6 MPa的法蘭式手動閘閥。

生態流量下泄由PLC控制系統控制調流閥調節，PLC控制系統程序根據預設定的流量進行自動調節控制。生態流量下泄時，流量計將檢測到的支管流量經變送器發送信號至PLC控制系統，PLC控制系統根據預設定的流量值對調流閥執行機構發出信號，進而使調流閥執行開度動態調節，以保證下泄設施按照預設的流量進行泄放。

檢修蝶閥設旁通閥及空氣閥，為不影響原放水管的正常功能及流態，將支管焊接位置布置在旁通閥另一側。DN350 mm支管通過DN500 mm/DN350 mm漸變管與DN800 mm放水管連接，漸變管進口設攔污濾網，防止污物進入支管影響調流閥穩定運行，濾網孔徑要小于調流閥流道孔徑，在濾網正對面DN800 mm管道上開設DN150 mm法蘭式透明石英悶蓋作為觀察和濾網清掃口，并在濾網前后（放水管和漸變管位置）分別配設不銹鋼機械式壓力表以檢測濾過前后水壓。放水支管均沿墻布置并預留安裝操作空間以便日常運行管理。支管每隔一定距離設置支撐環，支撐構件與混凝土結構采用化學植筋緊固連接，以保證管道、閥門等設備安全穩定運行。

圖1 生態流量放水改造方案圖

3 設備選型與安裝工藝流程

3.1 調流閥

調流閥型式為活塞式調流閥，型號HL94X-10，通徑DN350 mm，承壓0.6 MPa,調節范圍0.001～0.45 m3/s，調流閥具備自調節功能和遠控功能。

3.2 電動執行機構

電動驅動裝置Auma采用模塊化設計，由齒輪傳動機構、驅動電機、限位開關等組成。結構簡單，性能可靠，便于調試、維護和維修。驅動裝置為自鎖式的輸出，即使在手動模式下仍保持自鎖。

3.3 電磁流量計

流量計為科隆插入式電磁流量計，通徑DN350 mm，承壓0.60 MPa，具備雙套數據傳輸功能，傳輸方式為RS-485數字通信信號輸出。

3.4 控制系統

控制系統采用PLC控制，接受水電站集控中心的調度并實現調流閥的自控制調節，采用全計算機監控系統在調度中心完成生態流量下泄的監測、調度和控制，也可現地控制，硬件滿足RS-485輸入輸出要求。

3.5 設備安裝工藝流程

圖2 設備安裝工藝流程圖

3.6 金屬結構防腐

鋼管安裝前，對鋼管內表面進行涂料防腐處理，涂刷前用鋼絲刷將鋼管內壁浮銹清理干凈，內表面達到 Sa2.5級，表面粗糙度 Ra 40～70 μm，浮銹清理后使用中性清洗劑清洗管道并使之充分干燥，再涂刷防腐涂料，底層超厚漿型環氧漆瀝青防銹底漆250 μm，面層超厚漿型環氧漆瀝青面漆250 μm，且涂料需滿足飲用水衛生要求。

鋼管安裝好后，清除鋼管外表面污物，外表面除銹等級應達到Sa2.5級，表面表面粗糙度Ra 40～70 μm，先涂環氧富鋅底漆60 μm，再涂環氧云鐵中間漆80 μm，最后涂改性耐磨環氧漆涂料100 μm。

4 試運行

水電站生態流量下泄設施投入運行至今穩定、可靠。核對現地流量計與現地控制柜、集控中心、監管系統平臺流量顯示一致。水電站集控中心通過上位機下令設定生態下泄流量值，現地控制系統接收指令后，調流閥進行自動流量調節。當二級水庫水位發生變動時，調流閥跟蹤設定的流量值進行開度調節，使下泄流量滿足設定值要求。

5 解決難題

（1）水電站現有放水管錐形閥和蝶閥不具備生態流量調節功能，錐形閥作為工作閥，正常為常關，當水庫需要放水時，打開錐形閥放水，消能方式為空中消能。蝶閥作為檢修閥門，正常為常開，當錐形閥需要檢修時，關閉蝶閥阻斷水流便于檢修。

（2）放水管閥室布置緊湊，錐形閥與檢修蝶閥之間澆筑大體積混凝土，在Φ800 mm管道上配設流量計難以實時，且難以滿足流量計設置對流量計前后直管段的長度要求。根據生態流量下泄改造要求，生態流量實時動態監測，需要對生態流量下泄管配設流量計，以實現生態下泄流量實時動態監測。通過增加旁路管減少管道通徑，從而縮短管道長度，使之滿足流量計安裝技術要求。

（3）現裝套筒式錐形閥在不同庫水位下的流量開度線性關系不強，通過套筒式錐形閥前后位置變化改變過流斷面難以實現流量的精準控制，難以滿足生態流量實時監測的精度要求。通過活塞式流量閥可實現流量的精度調節。

（4）通過控制系統PLC實現遠程控制功能，解決了生產人員從電站趕到大壩耗時長的問題，集控中心可以實時監測瞬時流量，實時通過流量設定操作調流閥動態調節。

6 結束語

華光潭水電站生態流量下泄設施已投入運行，既滿足了生態流量下泄要求，又有效地控制了水庫水資源的浪費。

為保障河湖生態用水，推進水電站綠色發展，本文對不具備生態流量下泄要求的水電站實現生態流量下泄具有一定的借鑒作用。