冉渡滩水库下闸蓄水方案及生态流量泄放措施优化

蔡 平，胡荣林

（遵义市水利水电勘测设计研究院有限责任公司,贵州 遵义 563002）

1 工程概况

冉渡滩水库位于贵州省务川县丰乐镇境内的洪渡河马村坝河段,为洪渡河干流规划水资源利用开发的第三级,坝址以上流域面积997 km2,多年平均径流量7.03 亿m3,多年平均流量22.3 m3/s。水库枢纽及电站工程主要由碾压混凝土重力坝、坝顶设闸表孔泄洪+消力池底流水跃消能、左岸库首岸塔式取水及供水系统、右岸坝前塔式取水和引水发电系统及坝后发电厂房等组成。水库正常蓄水位738.00 m,死水位724.00 m,兴利库容2830 万m3,水库总库容5470 万m3,库容系数为4.03%，具有不完全年调节性能，水库年供水量为9120 万m3/a；电站装机2×8 MW+4 MW，多年平均发电量6880 万kW・h,保证出力2320 kW,年利用小时3490 h。

2 施工导流及下闸蓄水封堵方案

2.1 施工导流方式及度汛方案

由于冉渡滩水库坝址段河谷狭窄,两岸地形较陡,属典型的山区峡谷河流,且洪峰流量及洪水位变幅较大,故施工导流采用“全断流围堰+导流隧洞过水”和度汛采用“导流隧洞+坝面预留缺口过流”泄洪方案,水库枢纽及施工导流隧洞布置见图1。

图1 水库枢纽及施工导流隧洞总平面布置图

2.2 施工导流隧洞下闸蓄水封堵方案

施工导流隧洞封堵采取进口临时设钢闸门挡水与洞身设永久混凝土堵头相联合的永临结合方案[1]。进口临时封堵挡水闸门型式为平面滑动钢闸门,孔口尺寸为5.5 m×6.5 m,设计挡水水头37.00 m,闸门吊装采用双吊点启闭,启闭设备选用QPQ2×250 kN 卷扬式启闭机；永久封堵堵头设在坝轴线及防渗帷幕处（导0+152.70~0+172.70）,堵头总长20.0 m,采用C20 混凝土浇筑,导流隧洞永临结合封堵方案及措施见图2。

图2 导流隧洞封堵纵剖面图

水库下闸蓄水封堵前需先进行进口临时钢闸门下闸挡水,从出口进洞对堵头段洞身进行清理,在堵头段隧洞四周布设锚筋及固结灌浆,并埋设回填灌浆管,堵体浇筑完毕后再进行顶拱回填灌浆。

3 水库初期蓄水方案

3.1 下闸蓄水方案

3.1.1 生态用水下放措施

生态放水措施：①水库初蓄期间当水库水位低于溢流堰顶高程724.00 m 时,用22 台（扬程46 m、流量380 m3/h的200 WQ/P12101-46-90 型）潜水泵（功率90 kW）从坝前提水过溢流堰顶解决下游河道生态用水问题,当库水位达到724.00 m 后由生态放水管下放生态水；②水库运行期间,由于电站为坝后式电站,当库水位高于发电限制水位730.00 m时,电站发电主机单机设计流量为16.64 m3/s,单机45%出力运行发电流量范围为8.0 m3/s~9.7 m3/s,均大于生态流量,能够满足下游河道生态流量要求；当库水位低于发电限制水位730.00 m 时或发电机组停机检修时,利用专门设置的生态发电机组进行下放生态流量,生态机组单机设计流量为8.49 m3/s,单机45%出力运行发电流量范围为4.2 m3/s~5.2 m3/s,均满足下发生态水量不小于2.26 m3/s。

3.1.2 水库初蓄期时间推算

冉渡滩水库正常蓄水位738.00 m,死水位为724.00 m,正常蓄水位库容4490 万m3,死库容为1660 万m3,兴利库容为2830 万m3。根据施工计划安排,水库拟从11 月初开始蓄水,初蓄期在枯季,故可不考虑下放漂流水量,初蓄期间仅下放生态流量按2.26 m3/s 计,库损水量按正常蓄水位库容的10%平均分配至各月。按P=75%设计代表年初蓄期：P=75%设计代表年11 月平均流量6.90 m3/s,12 月平均流量4.50 m3/s,1 月平均流量4.09 m3/s,2 月平均流量3.96 m3/s,计算初期蓄水至死水位（724 m）的时间约为22 天（至当年11 月22 日）,计算初期蓄水至发电限制水位（730 m）的时间约为71 天（至次年1月10日）,蓄水至正常蓄水位（738 m）的时间约为121天（至次年3 月1 日）。

3.2 蓄水后运行调度方案

冉渡滩水库在运行期的兴利调度中,应尽量按设计供水量供水,水库在保证供水的情况下应最大限度地多蓄水,尽量维持在发电限制水位（730.00 m）以上运行,一方面可保障供水,另一方面由于水头的提高也可增加发电效益,当库水位低于发电限制水位时（730.00 m）,应限制发电（仅允许生态机组发电泄放生态流量[2]）,以保障供水和农灌,若来水量与历年同期平均来水相比减少20%以上,还须控制农灌供水量以保障城镇及工业用水,农田灌溉最大年供水量应控制在1060 万m3/a 以内。在停机检修期间还须下放足量的生态流量。

4 水库初期蓄水生态流量泄放方案及措施优化调整和经济技术综合分析比较

由于洪渡河漂流项目起漂点位于冉渡滩水库发电厂房下游约1.1 km 处,漂流河段长约5.5 km,根据与漂流公司协议,漂流活动在每年6 月~10 月,开漂最小流量为5 m3/s~6 m3/s；另依据贵州省水利厅关于《冉渡滩水库工程水资源论证报告书》的审批水库下放生态流量为2.26 m3/s。故为了确保下游河道生态环境及夏季洪渡河漂流运营需水要求,应在夏季洪渡河漂流运营时段下放最小流量为5 m3/s,其余时段需下放最小生态需水量为2.26 m3/s。

4.1 水库初蓄期生态流量泄放方案及措施优化调整

水库初蓄期间当水库水位低于溢流堰顶高程724.00 m 时,原生态泄放水措施是采用22 台（扬程46 m、流量380 m3/h 的200WQ/P12101A-46-90 型）潜水泵（功率90 kW）从溢流堰顶提水解决下游河道生态用水问题,即需要在坝前临时架设多台潜水泵从上游库中抽水从溢流堰顶向下游补水[3]。经测算,拟定从11 月初开始蓄水,河道的平均流量约为7.0 m3/s,水库初期蓄水至溢流堰顶需约为22 天,水泵及管道设备安装费用约180 余万元,抽水电费约65 余万元。

鉴于本工程下放生态流量较大（2.26 m3/s）,结合现场实际情况,为了进一步提高生态流量泄放保证率和节省工程投资,经参建各方共同研究和商讨,并确定在水库下闸蓄水初期采取“在导流隧洞进口临时封堵钢闸门上预留底孔及导流洞内布置生态泄流管道[4-5]和大坝坝前设潜水泵从溢流堰顶提水相结合方案”解决下游河道生态环境用水问题,其中在导流隧洞进口临时封堵钢闸门上开2 孔直径500 mm 的底孔,并在导流洞内布置两根DN500 临时生态放水管引至堵头下游侧,再通过洞身流至下游河道,待水库蓄水至溢流堰顶高程724.0 m 后,再拆除堵头下游放水闸阀后管道,用镇墩混凝土对放水闸阀及管道作永久性封堵。导流隧洞永临结合封堵方案优化调整及临时生态放水措施见图3。

图3 导流隧洞封堵及临时生态放水措施方案图

根据下闸蓄水时段河道平均来水量约7.0 m3/s 流量测算,当水库下闸蓄水后,若只采取导流洞预留两根DN500 底孔及管道生态放水水量测算,需约7 天后,当库水位蓄至707.50 m高程后才能满足下游2.26 m3/s 生态流量要求,在这初蓄期间,仍需采用水泵提水进行补充,最大补水流量为0.90 m3/s,需用8 台（扬程46 m、流量380 m3/h 的200 WQ/P12101A-46-90 型）潜水泵（功率90 kW）。

4.2 优化导流洞封堵方案及临时生态放水措施

为了进一步提高生态流量泄放保证率和节省工程投资,将施工导流洞封堵方案采用永临结合的措施进行优化调整,即在永久性堵头前设置临时钢闸门并预留生态底孔[6],一方面保证导流洞封堵施工期施工安全,另一方面临时挡水与永久堵头相结合,并解决水库下闸蓄水初期生态流量下放。

4.2.1 临时封堵钢闸门预留生态底孔

施工导流洞进口临时封堵闸门为平面滑动钢闸门（孔口尺寸5.5 m×6.5 m）,设计挡水水头37.00 m（高于堰上水头4.0 m），闸门吊装采用双吊点启闭，启闭设备选用QPQ2×250kN 卷扬式启闭机。为了解决水库下闸蓄水初期生态流量下放,封堵钢闸门上开2 孔直径500 mm 的底孔,底孔中心线距底缘0.60 m,经闸门结构复核计算,只需在孔口两侧增设加强板-16×678×920 即可,并在门后设DN500 闸阀进行安装控制。

4.2.2 临时生态放水及封堵

在临时钢闸门预留生态放水底孔后,为了满足洞内临时生态放水管安装,在钢闸门预留生态放水底孔后设DN500 控制闸阀,将闸阀关闭后,沿隧洞两侧铺设DN500 生态放水钢管引至永久堵头下游侧,再设DN500 后期封堵闸阀。

4.3 水库初蓄期生态流量下放方案及措施经济比选

4.3.1 原生态流量下放措施及投资

水库初蓄期原生态流量下放方案及措施需采用22 台（扬程46 m、流量380 m3/h 的200 WQ/P12101A-46-90 型）潜水泵（功率90 kW）从溢流堰顶提水解决河道下游2.26 m3/s生态用水问题。经测算,拟定从11 月初开始蓄水,河道的平均流量约为7.0 m3/s,水库初期蓄水至溢流堰顶需约为22 天,水泵及管道设备安装费用约180 余万元,抽水电费约65 余万元,共计约245 余万元。

4.3.2 优化生态流量下放措施及投资

若采取“在导流隧洞进口临时封堵钢闸门上预留底孔和大坝坝前设水泵从溢流堰顶提水相结合优化方案”解决下游河道生态环境用水问题,经测算,拟定从11 月上旬开始蓄水,河道的平均流量约为7.0 m3/s,需约7 天后,当库水位蓄至707.50 m 高程后才能满足下游2.26 m3/s 生态流量要求,在这初蓄期间,仍需采用水泵提水进行补充,最大补水流量为0.90 m3/s,需用8 台（扬程46 m、流量380 m3/h 的200 WQ/P12101 A-46-90 型）潜水泵（功率90 kW）。水库初期蓄水至溢流堰顶需约为22 天,导流洞内临时生态放水管道及闸阀等设备安装费用约40 余万元；坝前提水泵及管道设备安装费用约65 余万元,抽水电费约8 余万元,共计约113 余万元。

经水库初期蓄水生态流量泄放方案及措施优化调整后,节省了工程投资约132 余万元。最终推荐采取“在导流隧洞进口临时封堵钢闸门上预留底孔及导流洞内布置生态泄流管道和大坝坝前设潜水泵从溢流堰顶提水相结合优化方案”解决水库初期下闸蓄水时段下游河道生态环境用水问题。

5 结论

冉渡滩水库工程的任务供水（含城镇供水、工业园区供水、农村人畜饮水）、灌溉,兼顾水力发电,水库具备不完全年调节性能。为了满足水库下闸蓄水初期下游生态环境需要的流量,经水库下闸蓄水方案分析和研究,并结合水库蓄水计划及进度安排、导流洞封堵方案及施工措施、下放生态流量等条件和要求,进一步对生态流量泄放方案及措施进行优化,选择采取“在导流隧洞进口临时封堵钢闸门上预留底孔及导流洞内布置生态泄流管道和大坝坝前设潜水泵从溢流堰顶提水相结合优化方案”解决水库初期下闸蓄水时段下游河道生态环境用水问题,提高生态流量泄放保证率和节省工程投资。为同类典型的峡谷河流上的中小型水利工程的生态流量泄放措施提供借鉴和参考。