大兴水电站生态流量泄放措施分析

王友春

(大唐雅安电力开发有限公司，四川 雅安 625500)

0 引 言

大兴水电站位于四川省雅安市雨城区雅安市城市中心，是青衣江干流上多营坪至龟都府河段四级水电站开发规划的第二级。工程建设期未考虑生态流量泄放工程措施，国家近年来加快生态文明体制改革，推进绿色发展，加大生态系统保护力度。而水电站部分建设较早，具有减水河段河床式水电站建设期未设置生态流量泄放措施，不满足生态要求，需进行改造，以达到泄生态流量泄放目的[1]。

1 工程概况

大兴水电站位于四川省雅安市雨城区雅安市城市中心，是青衣江干流上多营坪至龟都府河段四级水电站开发规划的第二级。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、旅游等综合效益。坝址以上控制流域面积10251km2，多年平均流量440m3/s，多年平均径流量139亿m3，总库容2120万m3，调节库容340万m3。水库正常蓄水位为570.00m，设计洪水位567.74m，校核洪水位571.90m，为日调节水库，电站总装机3×25MW。工程于2002年9月开工建设，2004年12月水库下闸蓄水，投入运行。

枢纽建筑物主要由左岸非溢流坝、泄洪闸、冲砂闸、发电厂房、尾水渠(2950m)、升压站等组成。坝顶总长408.00m，最大坝高25.00m。左岸非溢流坝为钢筋混凝土面板砂卵砾石坝，最大坝高24.50m，坝顶长度143.14m，坝顶宽10m，坝顶高程572.50m；泄洪闸、冲砂闸均为平底宽顶堰，分别有8孔和3孔，底板高程553.00m，冲砂闸护坦末端高程550.00m，孔口尺寸均为12.0m×17.0m，工作闸门为平板钢闸门，由固定式启闭机操作，检修门为平板钢闸门，分两节通过穿销卡扣式方式连接，由坝顶移动式双向门机启闭；尾水渠布置在河道的右岸，全长2821.0m，为低挖明渠，形成长约3000m减水河段。详细布置见图1。

图1 枢纽布置图

工程建设期未考虑生态流量泄放工程措施。

2 最小下泄生态流量确定

大兴电站下游减水河段不涉自然保护区，根据最小生态流量确定原则，本工程减水河段无重要取用水、无集中供水取水点等，水量配置原则为满足生态的需求后发电。由此确定的最小下泄流量为最小下泄生态流量，即多年平均来水量的10%，取44m3/s。

3 最小下泄生态流量泄放措施

3.1 方案比较

根据大兴水电站取水枢纽建筑物布置型式，生态流量下泄的可能措施有以下4种：①在坝顶布置倒虹吸管作为生态流量下泄管，保证下泄流量；②将泄洪闸局部限位开启，闸底泄流保证下泄流量；③将闸门进行改造局开孔下泄所需生态流量；④在非溢流坝段开孔(槽)保证下泄流量泄放；⑤在尾水渠和主河道间设置抽水泵站从尾水抽水满足河道生态用水；⑥扩建生态机组电站。以上6种方案安全经济性分析见泄措施方案比较成果表，见表1。

表1 下泄措施方案比较成果表

根据上述分析，各方案均各有优缺点，虹吸管方案虽然施工简单、投资较省，但其影响坝顶交通和外观，与城市市容不兼容，损坏了大坝作为城市工业旅游影响形象；闸门底部限位局开方案施工简单、投资最省，但在运行中易造成底板混凝土损坏以及闸门检修困难，检修后检修门提出困难；闸门开孔方案因开孔面积较大，占整个闸门比例较高，不适宜单扇门上开孔，且同样存在局部高速水流对底板混凝土冲刷破坏问题；左岸非溢流坝开孔方案除在施工过程中需降低水库水位，影响电站发电外，还存在泄流量受水库水位变化不易达到流量要求问题；抽水泵方案虽技术上可行，但水泵功率较大，运行检修成本较高，且无布置场地；生态流量电站虽一次性投入较大，但充分利用了水能资源，运行期将产生一定效益，可逐步回收，但完善审批手续及建设需较长时间。经综合比较，方案优先顺序为生态电站-闸门限位局开-非溢流坝开孔(槽)-虹吸管-抽水泵-闸门开孔。

为满足环保限期整改要求，生态流量电站、抽水泵、非溢流坝开孔方案受施工时间较长影响，均不满足要求。为此，最小下泄生态流量措施考虑分步实施，第一步采用在闸门底部设置限位块方案以满足生态流量泄放，第二步再建设生态流量机组电站，以达到泄生态流量泄放目的。

3.2 下泄措施水力计算

3.2.1 水库运行水位确定

电站正常蓄水位为570m，正常蓄水位以下库容1920万m3,具有日调节能力，调节库容为340万m3。电站枯期进行日调节，当来水量小于电站发电引用流量时，除满足最小生态流量外余水发电，水库水位在正常蓄水位570m与最低水位运行，运行最低水位为568.5m。汛期当入库流量<1500 m3/s时，维持正常蓄水位570m运行，因此限位块计算库区水位取568.5m。

3.2.2 限位块高度计算

泄洪闸为开敞式表孔、宽顶堰，闸底板高程553m，闸孔宽12m，要求下泄生态流量44m3/s。

泄流底孔按孔口自由出流计算：

(1)

式中：μ为流量系数；ε为垂直收缩系数；b为闸孔宽度，m；e为闸门开启高度，m；H为闸前水头，m。

根据电站实际运行方式，当水库水位按568.5m计算，保证最小下泄流量44m3/s的闸孔开启高度为0.35m。

3.2.3 限位块设置

结合电站闸门运行方式，选取在4号泄洪闸工作门底部左中右位置各焊接一块高0.35m钢构件起到限位作用，以保证闸门不能到底。

4 结论与建议

4.1 结论

根据大兴水电站取水枢纽建筑物布置型式，生态流量下泄的可能措施进行比较，经综合比较，方案优先顺序为生态电站-闸门限位局开-非溢流坝开孔(槽)-虹吸管-抽水泵-闸门开孔。最小下泄生态流量措施考虑分步实施，第一步采用在闸门底部设置限位块方案以满足生态流量泄放，第二步再建设生态流量机组电站，以达到泄生态流量泄放目的。限位块于2018年施工完成，并设置生态流量在线监测系统将生态流量泄放适时视频和流量上传雅安市水务平台，达到生态流量泄放整改要求，通过地方政府部门联合验收，该孔闸门在检修时通过临时开启其它闸门保障生态流量泄放[5]。

4.2 建议

工程运行中检查发现，生态流量泄放闸门底部混凝土受长期高速水流冲刷影响，冲蚀较严重，特别是在2020年遭受“8.18”超设计标准洪水后，受推移质长期磨蚀影响，闸室底板局部存在露筋现象。同时，每次工作闸门检修完毕，检修闸门上段(节)提出后，受动水影响，下段检修闸门无法准确穿销提门，需采取对底部限位孔进行临时封堵后方可提出下段节检修门，操作较为困难。为确保工程安全稳定运行，后续需对闸底板进行防冲处理，也可尽快实施生态流量机组电站予以解决。