息縣樞紐水電站生態(tài)基流設施設計方案研究

崔 培 賈 軍 歐 勇

（中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概況

息縣樞紐水電站工程位于息縣八里岔鄉(xiāng)，淮河息縣水文站下游約6.7km 處，在建樞紐節(jié)制閘右岸，為河床式水電站。水電站主要建筑物級別為1 級，設計洪水標準50年一遇，校核洪水標準200年一遇。水電站設計裝機規(guī)模8000kW，廠內安裝4 臺立式軸流水輪機機組，3 臺大機組和1 臺生態(tài)機組。水電站額定發(fā)電水頭8.2m，最大水頭10.5m，最小水頭6.0m，額定引水流量114m3/s。水電站年發(fā)電小時數(shù)為3629h，年發(fā)電量2900 萬kW·h。

2 生態(tài)基流下泄要求

生態(tài)基流是指河道最小流量應滿足的最低要求，根據(jù)本工程相關規(guī)劃和設計成果，淮河息縣樞紐斷面8月21日—次年6月10日的生態(tài)基流為12.87m3/s，6月11日—8月20日的生態(tài)基流為38.60m3/s。

上游正常蓄水位39.20m 情況下，節(jié)制閘單孔局部開啟0.25m 可滿足生態(tài)最小流量38.6m3/s 需要；但滿足12.87m3/s 生態(tài)基流下泄時閘門局部開啟不易控制。因此需單獨設生態(tài)基流泄水孔，以滿足8月21日—次年6月10日12.87m3/s 的生態(tài)基流下泄要求。

3 生態(tài)基流設施方案比選

3.1 方案設計思路及原則

（1）在水電站正常運行期間，生態(tài)基流設施應處于關閉狀態(tài)，由電站發(fā)電流量代替生態(tài)基流設施下泄流量。

（2）在水電站檢修期間，生態(tài)基流設施啟用，進行生態(tài)基流的下泄。

（3）生態(tài)基流設施的設計應充分結合樞紐建筑物的布置及運行方式，且不得影響其他建筑物的功能和使用安全。

（4）生態(tài)基流設施的設計應充分考慮下泄水流對下游建筑物的沖刷作用，設置必要的消能防沖設施，確保其長效、安全、穩(wěn)定運行。

3.2 生態(tài)基流設施供選方案

結合樞紐節(jié)制閘及水電站布設情況，對生態(tài)基流設施進行設計。結合樞紐節(jié)制閘設計，可采用在節(jié)制閘兩側埋設管道的方案；結合水電站設計，可采用在廠房內專門設生態(tài)基流泄水孔的方案，根據(jù)泄水孔在廠房內的位置又可分為邊孔布置方案和中孔布置方案。三種設計方案具體如下。

3.2.1 方案一：節(jié)制閘兩側埋管方案

在樞紐節(jié)制閘兩側翼墻內部各預埋1 根DN2000鋼管進行生態(tài)泄流，每根鋼管設置1 臺套調流閥，同時管道上設置流量計及壓力傳感器；為便于檢修調流閥，在調流閥前設置1 臺手動球閥，下游設置側翻式拍門；上游手動球閥可在線檢修，下游拍門可在非汛期時采用打圍堰檢修。預埋泄流鋼管左、右岸對稱布置，入口布置在上游護底段翼墻墻身，進口管中心線高程30.20m；出口布置在下游消力池段翼墻墻身，出口管中心線高程29.00m。

3.2.2 方案二：水電站廠房內邊孔方案

在水電站主廠房內最右側設一道生態(tài)基流放水孔，根據(jù)下泄流量大小，初步確定生態(tài)基流進口孔口尺寸2.00m×2.50m（寬×高），孔口進口底高程25.68m（與兩側機組進水流道底高程同高），出口底高程23.56m。上游側布置2 道閘門：1 道工作閘門+1 道檢修閘門。邊孔布置方案見圖1。

圖1 方案二邊孔布置方案圖

3.2.3 方案三：水電站廠房內中孔方案

在水電站主廠房內中間位置設一道生態(tài)基流放水孔，孔口尺寸、進出口高程及閘門布置等均同方案二一致。中孔布置方案見圖2。

圖2 方案三中孔布置方案圖

3.3 生態(tài)基流設施方案比選

三種供選方案均可滿足下泄生態(tài)基流的要求，但又各有優(yōu)缺點。從結構型式、施工、運行管理、投資等方面進行分析比較。

方案一采用鋼管結構，可利用下游節(jié)制閘防沖設施，消能防沖要求相對較低；因鋼管埋設于翼墻內，與翼墻交叉影響較大，工序復雜，施工難度較大，后期維修管護難度較大；投資較高。

方案二和方案三為鋼筋混凝土結構，與水電站形成整體結構，具有更好的耐久性及穩(wěn)定性；與水電站同步施工，施工難度較小；采用閘門控制，運行穩(wěn)定性較好，且檢修維護難度較小；投資較低。

方案二和方案三運行水頭較高，對消能防沖要求較高；此外方案二由于生態(tài)基流泄水孔布置在邊側，泄水孔正沖下游護坡坡腳，不利于邊坡穩(wěn)定。因此經(jīng)綜合分析，推薦方案三。

4 生態(tài)基流泄流計算

生態(tài)基流設施下泄流量按12.87m3/s 復核，過流流量計算公式按《水閘設計規(guī)范》（SL265-2016）附錄A.0.3 平底閘門閘孔出流確定。

下游水位按電站正常尾水位28.40m 確定，過流寬度為2.00m。在上游正常水位39.20m 至生態(tài)水位33.00m 范圍進行過流能力復核計算，不同水位對應閘門開度均有所不同，經(jīng)計算上游不同水位下相應閘門開度的過流流量計算結果見表1。

表1 生態(tài)基流孔泄流計算表

通過計算，閘門尺寸選用2.00m×2.50m（寬×高）可滿足不同水位下的泄流要求，尺寸選擇較為合理。

5 消能防沖復核

5.1 設計復核條件

生態(tài)基流設施消能防沖按上游正常蓄水位39.20m，下游最低尾水位27.70m 復核。生態(tài)基流泄水孔縱剖面見圖3。

圖3 生態(tài)基流泄水孔縱剖圖

5.2 消力池設計復核

消力池需復核池深和池長，按《水閘設計規(guī)范》（SL265-2016）附錄B.1 計算公式進行復核。經(jīng)復核計算，消力池計算深度d=0.55m，消力池計算長度Lsj=30.81m。設計消力池深0.80m，滿足計算深度要求；設計消力池長度為：斜坡段+水平段長，總長34.49m，滿足計算長度要求。

5.3 海漫長度復核

海漫需進行長度復核，按《水閘設計規(guī)范》（SL265-2016）附錄B.2 計算公式進行復核。

海漫段河床土質為堅硬粘土，長度計算系數(shù)取7，海漫計算長度Lp=32.71m。設計消力池后接水電站尾水池，順水流向水平投影長24.00m，尾水池后接水平段護底，長15.00m。斜坡段水平投影及水平段護底總長39.00m，滿足海漫長度計算要求。

6 結語

本文結合河南省大別山革命老區(qū)引淮供水灌溉工程息縣樞紐水電站工程實例，從生態(tài)基流設施的設計思路、方案比選、泄流計算、消能防沖等方面進行了闡述，最終確定結構型式更為安全、運行更為長效穩(wěn)定、檢修維護更為便捷且更經(jīng)濟的站身閘孔泄流方案，為生態(tài)基流的穩(wěn)定、安全下泄提供了強有力的保障，可為類似工程的設計研究提供參考與借鑒■