峡江水利枢纽工程一期蓄水方案研究与运用

朱爱如

(江西省峡江水利枢纽工程管理局，江西 南昌 330095)

0 引 言

江西省峡江水利枢纽工程是国务院确定的172项节水供水重大水利工程，2009年9月开工，截至2013年7月初，电站首台机组安装进入尾声，需开展初期蓄水保障机组有水调试及试验、安全评价、开机发电等[1]，实现并网发电目标。做好初期蓄水是保障首台及后续机组发电投产发挥经济效益、船闸通航和初期运行工程防洪度汛安全的前提条件和根本保证[2-3]。不解决初期蓄水问题，就没有一定的水位条件，机组安装等施工将难以继续，直接影响工程总体进度。但由于大坝门库坝段敞泄，水库无法蓄水，不能满足上述要求。为此开展了深入的研究论证工作。从实际出发，采取恢复三期上游围堰、提前封堵门库等措施，运用水文分析计算和洪水安全论证成果，提出分两阶段实施的一期蓄水方案[4]。该方案保证了首台及后续数台机组安装有水调试、并网发电和船闸通航等需要，实现了工程建设目标。

1 工程概况

峡江水利枢纽工程位于江西省峡江县境内，是赣江中游一座以防洪、发电、航运为主，兼具灌溉、供水等综合效益的大(1)型水利枢纽工程。水库正常蓄水位46 m，死水位44 m(灌溉取水口底高程)，总库容11.87 亿m3，防洪库容6 亿m3，电站装机容量360 MW(40 MW×9台)，最低发电水位38 m，通航设施为Ⅲ级航道过1 000 t级船闸，设计灌溉面积21 966.7 hm2。工程总投资99.22亿元，2009年9月开工，2015年4月提前完工投产。

枢纽主要建筑物布置自左岸起重力坝段102.5 m、船闸段47.0 m、门库段26.0 m、18孔泄水闸段358.0 m、电站厂房坝段274.3 m(其中安装间长62.5 m与重力坝重合)、右岸重力坝段99.7 m，坝顶全长845.0 m；设计坝顶高程51.2 m，最大坝高28.7 m。工程属Ⅰ等大(1)型工程，混凝土泄水闸、混凝土重力坝、电站厂房(挡水段)、船闸上闸首为1级建筑物，电站厂房(非挡水段)、船闸闸室及下闸首为2级建筑物。枢纽工程按三期导流组织施工，工程总平面布置(含一至三期围堰)见图1。

图1 峡江水利枢纽工程总平面布置Fig.1 General layout of Xiajiang Hydro-junction Project

2 一期蓄水方案研究

2.1 工程施工进度及形象面貌

截至2013年7月初，工程完成了水库蓄水安全鉴定，工程施工进度及形象面貌如下。

(1) 枢纽右岸电站厂房主体及进水渠、尾水渠、重力坝、鱼道，以及左岸重力坝、船闸、左侧6孔泄水闸全部完成施工，船闸具备临时通航条件，左侧6孔泄水闸已投入控制运行；厂房上、下游围堰完成部分拆除，首台9号机组安装基本完成，待蓄水后流道充水和调试机组试运行发电；左岸门库为敞泄状态；三期12孔泄水闸土建全部完成施工，弧形工作闸门等金属结构待安装，三期上、下游围堰部分堰段受洪水冲损待恢复。

(2) 库区防护工程蓄水高程39.00 m以下施工全部完工，蓄水高程42.00 m以下有部分遗留工程待完成。

(3) 库区移民搬迁安置工作已通过下闸蓄水高程42.00 m省级验收，满足蓄水要求。

2.2 蓄水方案与蓄水安排

结合工程实际，研究论证提出峡江水利枢纽工程蓄水分两期实施[5]，一期控制蓄水位为42.00 m，二期蓄水位为正常蓄水位46.00 m。考虑7，8月来水大、风险大因素，计划一期蓄水分两个阶段。

(1) 2013年7月底进行一期下闸蓄水，7月底至9月底，考虑满足并略高于发电最低水位和机组安装调试要求，水库控制蓄水位为39.00 m，由门库敞泄、机组发电和左侧6孔泄水闸控制调节进行导流放水。需在7月底前恢复完成洪水冲损的三期上游围堰填筑挡水，并完成厂房上、下游围堰拆除，满足发电进出水过水要求。三期上游围堰恢复高程按满足三期基坑12孔泄水闸弧形工作闸门等安装一个枯水期安全度汛的需要，采用安全的堰顶高程为46.40 m。

(2) 2013年9月进行门库封堵，9月底后，水库控制蓄水位为42.00 m，此高程是移民安置省级验收确认的控制高程，并满足发电和通航水位要求，由机组发电和左侧6孔泄水闸控制调节进行导流。需在9月底前完成门库封堵和库区42.00 m高程以下遗留工程施工，门库封堵顶高程为43.00 m。门库封堵后大坝形成了封闭，枢纽下游河段泄放生态流量按不小于350 m3/s考虑。2014年3月后，三期12孔泄水闸弧形工作闸门等完成安装，枢纽18孔泄水闸全部投入运行使用，水库进入全面控制运用状态。

2.3 可行性分析

(1) 门库封堵。按照一期蓄水方案和蓄水安排，门库封堵后大坝泄流能力受到限制，直接影响三期围堰安全，封堵时段的选择很关键。研究分析表明，2013年8月遇10 a一遇洪水时，若门库封堵，仅由左侧6孔泄水闸泄洪，相应水库洪水位达46.00 m，不满足10 a一遇洪水下三期围堰安全要求。9月遇10 a一遇洪水时，若门库封堵，相应水库洪水位43.80 m，能保证10 a一遇洪水下三期围堰安全。因此，选择2013年9月封堵门库挡水。经上述分析论证，确定在9月择机进行门库封堵。

(2) 水文分析。依据赣江峡江河段水文流量资料，水库一期蓄水期间上游来水按照丰(P=25%)、平(P=50%)、枯(P=75%)3种情况考虑[6]。水库不同月份各频率来水情况见表1。

表1 水库不同月份各频率来水情况

按蓄水安排，一期蓄水方案两阶段水文计算分析情况，见表2。

表2 一期蓄水方案水文计算分析

从表2分析表明，水库蓄水至相应计划水位，第一阶段2～5 d、第二阶段2～8 d完成，按两阶段实施的一期蓄水方案可行，均可按要求蓄至计划水位。

3 蓄水调度

3.1 调度原则

电站水轮机发电最小设计水头为4.25 m，当坝址上下游水位差小于4.25 m，电站机组停止发电。当水库蓄水位达到最低通航水位40.70 m时，可结合航运交通要求调度运用船闸进行临时通航。结合枯水季旱情，由江西省防总调度对下游补水缓解旱情等。在蓄水过程中，预测可能遇较大洪水时，要先腾空部分库容调节运用；遇影响工程安全等特殊情况时，要解决好问题后再蓄水。

3.2 调度方案

综合考虑机组安装调试、发电、通航等要求，一期蓄水期间调度方案如下。

(1) 水库水位抬升及维持39.00 m蓄水阶段，入库流量不大于2 500 m3/s时由机组发电流量和泄水闸下泄，门库封堵前门库段敞泄参与泄流；入库流量大于2 500 m3/s，上下游水位差小于4.25 m，电站机组停止发电，由左侧6孔闸泄流逐步加大出流至全开，维持坝前水位39.00 m。

(2) 水库水位抬升至42.00 m阶段，门库段封堵后，由电站发电(单机满发流量为525 m3/s)或泄水闸泄放生态流量350 m3/s，水库蓄水逐步蓄至42.00 m。

(3) 蓄水维持42.00 m阶段，入库流量小于6 000 m3/s时，全部通过电站发电和左侧6孔泄水闸下泄；入库流量大于6 000 m3/s、上下游水位差小于4.25 m时，机组停止发电，或蓄水回水超过42.00 m影响库区防护工程施工时，左侧6孔泄水闸进行泄洪运用，尽快降低库水位。

3.3 蓄水安全分析

一期蓄水期间，枢纽已建坝体段全部达到设计坝顶高程51.20 m，具备在设计洪水位49.00 m时安全运行能力。第一阶段蓄水后，2013年9月初开始，在三期围堰保护下，三期基坑内进行12孔泄水闸闸门等金属结构安装施工，2014年2月底完成，汛前投入正常运用。

(1) 防洪标准。根据SL 303-2004《水利水电工程施工组织设计规范》，三期围堰和其它工程的施工洪水标准为10 a一遇洪水，已建坝体段挡水的洪水标准为100 a一遇设计洪水、200 a一遇校核洪水。

(2) 洪水分析。2013年8月考虑左侧6孔泄水闸和门库段泄洪，2013年9月至2014年2月仅考虑左侧6孔泄水闸泄洪，水库一期蓄水期间10 a一遇洪水水位，按各月设计洪峰流量和泄流曲线查算，见表3。

(3) 蓄水安全分析。由表3可知，10 a一遇施工标准洪水时，2013年8月、9月库水位分别为44.35 m和43.76 m，2013年10月至2014年2月按相应泄流能力计算的水库10 a一遇洪水水位Z10%均低于水库蓄水位42.00 m，满足三期围堰安全性要求，三期围堰和枢纽已建坝体段是安全的，蓄水安全有保障。

表3 水库一期蓄水期间10 a一遇洪水水位

(4) 遇超标准洪水大坝安全分析。水库一期蓄水期间遇200 a一遇超标准洪水时，按泄洪设施计算的水库水位高于三期围堰顶部高程46.40 m，三期围堰将溃决。按三期围堰溃决考虑，经计算和分析，水库洪水水位46.50 m。水库遇200 a一遇洪水，大坝坝体是安全的。

4 实施运用成效

4.1 实施过程情况

(1) 2013年7月21日，完成厂房上、下游围堰拆除施工，厂房进水渠充水；7月22日，首台9号机组进行了流道充水试验，开始有水调试；7月29日三期围堰完成恢复施工开始挡水，上游围堰顶高程达到46.40 m，下游围堰顶高程40.90 m，左侧6孔泄水闸正式下闸实施一期蓄水。7月31日，蓄水位上升至38.62 m，完成首台机组首次开机试运行，9月1日正式并网发电。9月5日完成门库钢闸门封堵施工，门库坝段挡水，结束敞泄状态。库区防护工程高程42.00 m以下遗留工程完成后，11月19日蓄水位达到42.00 m，全面实现一期蓄水方案确定的目标。12月27日第二台(8号)机组完成安装投产并网发电。

(2) 2013年7月底三期围堰完成恢复施工后，保护三期基坑组织施工。2014年2月底完成全部三期12孔泄水闸弧形工作闸门等安装施工和运行调试，三期12孔泄水闸全部具备启闭运行条件。2014年1月1日机组停止发电，放空库水开始三期上、下游土石围堰拆除及基坑上、下游纵向混凝土围堰爆破拆除施工，3月22日完成拆除施工，三期12孔泄水闸均具备过流运行条件。3月23日，枢纽18孔泄水闸全部投入运行使用，全部下闸恢复水库蓄水，大坝实现了有闸控制，3月28日蓄水至一期控制水位42.00 m，同时已安装的2台机组恢复发电。4月12日，第三台(7号)机组完成安装投产并网发电。

(3) 一期蓄水期间，编制完善了工程施工度汛方案和防洪应急预案[7]，获江西省防总批复，并积极做好防汛各项准备，确保蓄水期间防洪度汛安全。

4.2 难点问题处理

(1) 门库封堵时通过门库的泄流量400 m3/s，水流速度超过7 m/s，流量大、流速快。在动水中，单靠钢闸门自重下沉落放，门体受高速水流冲击会产生漂浮、晃荡，或发生倾斜、卡阻，无法安全落放。通过采取在闸门侧面增加一定的配重方式下沉落放，保证了闸门稳定落放到位。

(2) 由于厂房上游围堰已拆除，切断了三期围堰填筑原来的施工道路，2013年7月三期上游围堰恢复施工没有道路供通行。通过对上游一期纵向混凝土围堰顶端与三期围堰连接处进行渣土填筑，将两者连接起来，解决了施工道路问题，推进了三期上游围堰的按时恢复到位。

(3) 2013年12月19日，水库遭遇一次入库流量4 200 m3/s的洪水。通过预报演算，及时调度开启泄水闸左侧6孔的部分闸门泄放洪水，成功应对了一次较大洪水。此次洪水过程中，水库上游控制最高水位41.00 m，低于设防水位，未造成不利影响，工程安全度汛。

(4) 由于电站部分机组投产发电，作为原施工道路的电站上下游围堰均已拆除，2014年年初开展三期上、下游围堰及纵向混凝土围堰拆除施工时没有交通道路。通过在电站下游原围堰基础上重新填筑渣料形成道路，连接三期基坑和右岸施工道路，保障了三期围堰拆除渣料的运输道路要求，促进了一期蓄水方案全面实施见效。

4.3 实际运用成效

(1) 实施一期下闸蓄水，比原设计计划提前14个月完成门库封堵，满足了首台(9号)、第二台(8号)、第三台(7号)机组安装有水调试和并网发电等要求，实现了工程建设重大节点目标，尽早发挥了发电经济效益，是工程建设重要的里程碑。提前保障了期间多台机组继续安装条件和投产发电。经统计，增加发电量3.4亿kW·h，增创发电收入1.4亿余元，经济效益显著。

(2) 2013年11月上旬，在上游来水流量较枯情况下，按江西省防总调度，加大向下游补水，最大补水流量超过130 m3/s，连续补水6 d，累计补水超过0.4亿m3，首次通过补水缓解了南昌市下游特枯旱情。

(3) 2013年8月至2014年11月运用船闸组织了多次通航，缓解了工程施工对通航的不利影响。同时，库内水位抬升，航运条件得到改善，发挥了航运效益。

(4) 利用三期围堰挡水蓄水，三期基坑内12孔泄水闸弧形工作闸门等安装提前具备施工条件，对顺利推进整个枢纽工程建设发挥了重要作用。

5 结 语

结合峡江水利枢纽工程实际，通过论证研究，提出了合理可行的一期蓄水方案。按照方案在2013年7月底实施了一期下闸蓄水，提前在当年9月完成门库封堵，开始初期蓄水。期间，满足了多台机组安装调试、并网发电、船闸通航和改善下游供水等需求，解决了突出的难点问题，保证了已建、在建工程施工度汛安全，实现了工程建设重大节点目标和一期蓄水安全目标，取得了良好的综合效益。该工程经验可为类似工程的设计、施工组织、建设管理提供有益借鉴。