董寶順，任金明，呂國(guó)軒，陳曉芬

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州，310014）

0 前言

龍開(kāi)口水電站位于金沙江中游、云南大理州與麗江市交界的鶴慶縣朵美鄉(xiāng)龍開(kāi)口村河段上，電站距鶴慶縣城現(xiàn)有公路里程約100 km，是金沙江中游河段規(guī)劃的8個(gè)梯級(jí)電站中的第6級(jí)，上距金安橋水電站41.4 km，下距魯?shù)乩娬?9.5 km，工程規(guī)模為大（1）型，電站正常蓄水位1 298.00 m，死水位1 290.00 m，總裝機(jī)容量1 800 MW（5×360 MW），正常蓄水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容為5.07億m3。

龍開(kāi)口水電站采用全年圍堰、左岸明渠導(dǎo)流方案。設(shè)計(jì)對(duì)施工導(dǎo)流相關(guān)的明渠布置、水工水力學(xué)、水工結(jié)構(gòu)、閘門(mén)振動(dòng)等問(wèn)題開(kāi)展了深入研究，提出了合理的初期下閘蓄水方案。經(jīng)研究分析，采用導(dǎo)流底孔閘門(mén)局部開(kāi)啟的過(guò)流方式，下泄環(huán)保流量，滿足環(huán)保要求。

1 水庫(kù)初期蓄水規(guī)劃設(shè)計(jì)

1.1 蓄水方案擬定

根據(jù)工程的施工進(jìn)度計(jì)劃，2012年12月底首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，由于機(jī)組需要一定的調(diào)試時(shí)間，水庫(kù)應(yīng)盡早下閘蓄水至死水位，才能保證年底發(fā)電的計(jì)劃順利實(shí)現(xiàn)。綜合考慮上游入庫(kù)流量的不確定性，對(duì)2012年11月上旬、中旬、下旬三個(gè)下閘時(shí)間進(jìn)行下閘蓄水分析。至首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電前，分階段由導(dǎo)流底孔、沖沙底孔和泄洪中孔組合方式向下游放水，以滿足下游380 m3/s環(huán)保用水要求。

1.2 水庫(kù)初期蓄水原則

根據(jù)分析，龍開(kāi)口水庫(kù)初期蓄水遵循以下原則：（1）初期蓄水考慮水庫(kù)蓄水至死水位1 290.00 m；（2）在確保水庫(kù)蓄水期間工程安全及庫(kù)岸穩(wěn)定要求的前提下，使水庫(kù)盡可能多蓄水；（3）水庫(kù)蓄水期間需要下泄一定的流量，以滿足下游綜合用水的基本需求；（4）結(jié)合各閘門(mén)下閘的技術(shù)要求，蓄水方案要做到技術(shù)上可行，并具有可操作性。

1.3 導(dǎo)流底孔下閘蓄水程序

導(dǎo)流底孔下閘蓄水前參與導(dǎo)流的泄水通道為2個(gè)導(dǎo)流底孔、1個(gè)沖沙底孔、4個(gè)泄洪中孔和5個(gè)溢流表孔。導(dǎo)流底孔下閘蓄水后泄水通道為1個(gè)沖沙底孔、4個(gè)泄洪中孔、5個(gè)溢流表孔及發(fā)電機(jī)組。

為滿足導(dǎo)流底孔下閘時(shí)向下游下泄380 m3/s生態(tài)流量的要求，推薦下閘程序?yàn)椋菏紫葘?號(hào)導(dǎo)流底孔閘門(mén)一次下閘至1 214.50 m高程，上游來(lái)水全部由2號(hào)導(dǎo)流底孔下泄。為滿足下游環(huán)保流量要求，需分2步將2號(hào)導(dǎo)流底孔閘門(mén)沉放到位：首先將2號(hào)導(dǎo)流底孔閘門(mén)下閘至1 217.50 m高程待命，閘門(mén)局部開(kāi)啟下泄環(huán)保流量；待上游水位上升至1 240.50 m時(shí)，4個(gè)泄洪中孔和1個(gè)沖沙底孔的下泄流量可滿足環(huán)保流量要求，此時(shí)打開(kāi)4個(gè)泄洪中孔和1個(gè)沖沙底孔，同時(shí)將2號(hào)導(dǎo)流底孔閘門(mén)下閘至1 214.50 m高程，2個(gè)導(dǎo)流底孔閘門(mén)下閘完成。2個(gè)導(dǎo)流底孔閘門(mén)下閘完成后，水庫(kù)初期蓄水期間由泄洪中孔和沖沙底孔組合方式向下游泄放380 m3/s流量，以滿足下游河道生態(tài)流量的要求。

圖1 下閘蓄水時(shí)泄水通道上游視圖Fig.1 View of drain channel upstream in impoundment period

1.4 閘門(mén)局部開(kāi)啟模型試驗(yàn)研究

推薦下閘程序中采用了閘門(mén)局部開(kāi)啟的運(yùn)行工況，為保證此方案安全可靠，更好地掌握導(dǎo)流底孔閘門(mén)局部開(kāi)啟時(shí)的泄流能力和空化空蝕特性，進(jìn)行了專項(xiàng)模型試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究成果如下：

（1）在控泄工況下，導(dǎo)流底孔下泄流量能滿足下游供水要求，閘門(mén)局部開(kāi)啟范圍小，各試驗(yàn)工況的流量系數(shù)差別不大。

（2）閘門(mén)開(kāi)度小，門(mén)后導(dǎo)流底孔洞身段全流程均為明流。

（3）封堵門(mén)下游自由出流，閘孔泄流能力、閘門(mén)動(dòng)力荷載和流激振動(dòng)基本不受下游流態(tài)變化影響。

（4）控泄工況下運(yùn)行，因流速不大，導(dǎo)流底孔洞身段不致造成水流空化和空蝕。

（5）封堵門(mén)采用后止水，后門(mén)槽空間較小，槽內(nèi)動(dòng)水壓力最大。在控泄工況下，門(mén)槽內(nèi)無(wú)大的漩渦出現(xiàn)，閘門(mén)側(cè)水流往中偏轉(zhuǎn)有“聚中”現(xiàn)象。

（6）門(mén)槽段水流空化空蝕與運(yùn)行庫(kù)水位和閘門(mén)開(kāi)度有以下關(guān)系：①門(mén)槽段不致發(fā)生水流空化空蝕的條件：在控泄既定閘門(mén)開(kāi)度下，若控泄水頭差△H＜20.00 m，門(mén)槽段不致發(fā)生空化和空蝕；最高控泄水位H上=1 244.50 m工況，閘門(mén)開(kāi)度e＜2.50 m，門(mén)槽段不致發(fā)生空化和空蝕；②門(mén)槽段可能發(fā)生一定程度的水流空化空蝕的條件：在水庫(kù)控泄水位H上=1 236.50～1 244.50 m 和閘門(mén)開(kāi)度e=2.50～4.00 m時(shí)，門(mén)槽段可能發(fā)生一定程度的空化空蝕；③在水位高、水頭差大情況下，閘門(mén)采用小開(kāi)度運(yùn)行，將有利于減小門(mén)槽段水流空化空蝕；閘門(mén)按“高水位，小開(kāi)度”和“低水位，大開(kāi)度”操作，對(duì)減少水流空化空蝕有利。

導(dǎo)流底孔前水位維持在下閘設(shè)計(jì)控泄水位時(shí)，閘門(mén)不同開(kāi)度時(shí)的水流流態(tài)見(jiàn)圖2。

圖2 閘門(mén)開(kāi)度e=3.0 m和e=1.0～1.5 m閘下水流流態(tài)Fig.2 Flowregimeundersluicegatewithe=3.0m,1.0～1.5 m

1.5 初期蓄水分析

根據(jù)龍開(kāi)口水電站施工進(jìn)度計(jì)劃安排，分別對(duì)龍開(kāi)口水電站在2012年11月上旬、中旬、下旬三個(gè)時(shí)間下閘進(jìn)行蓄水計(jì)算。

月徑流系列為1939年6月～2005年5月共66年，選取平水年（P=50%）、枯水年（P=85%）共2個(gè)代表年日徑流進(jìn)行蓄水復(fù)核分析。

（1）采用代表年日徑流資料進(jìn)行蓄水計(jì)算。

蓄水計(jì)算成果表明金沙江中游來(lái)水充沛，而龍開(kāi)口水電站庫(kù)容較小，水庫(kù)蓄水速度較快。

采用66年月平均徑流系列進(jìn)行蓄水計(jì)算，龍開(kāi)口水電站從下閘至首臺(tái)機(jī)組發(fā)電的11月、12月，來(lái)水保證率85%時(shí)，壩址月平均流量分別為961 m3/s和647 m3/s，來(lái)水保證率50%時(shí)，壩址月平均流量分別為1 150 m3/s和745 m3/s，水庫(kù)在導(dǎo)流底孔下閘蓄水后，水位在1 d內(nèi)即可蓄至1 240.50 m，8 d左右三個(gè)蓄水方案水庫(kù)均可蓄至死水位1 290.00 m?？紤]到月徑流量在旬內(nèi)分配相對(duì)不均，采用代表年逐日徑流資料，對(duì)2012年11月上旬、中旬、下旬三個(gè)時(shí)間進(jìn)行蓄水計(jì)算，計(jì)算表明各方案1 d之內(nèi)均可蓄水至1 240.50 m，11月上旬、中旬下閘，水庫(kù)11月底可蓄水至1 290.00 m，如11月下旬下閘，水庫(kù)要到12月1日才可蓄水至1 290.00 m。蓄水計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 各方案蓄水計(jì)算成果匯總表Table 1 Calculation results of each impoundment scheme

66年月平均徑流系列中，1994年11月、12月入庫(kù)流量最枯，月平均流量分別為697 m3/s和498 m3/s，水庫(kù)11月蓄水至1 290.00 m的時(shí)間為14 d。若水庫(kù)蓄水期遭遇最枯年，在11月上旬、中旬下閘，水庫(kù)11月底可蓄水至1 290.00 m，電站首臺(tái)機(jī)組在12月初具備調(diào)試條件；若水庫(kù)11月下旬下閘，則需在12月12日才能蓄至死水位1 290.00 m，不能滿足12月初首臺(tái)機(jī)組調(diào)試要求。

（2）入庫(kù)流量按金安橋電站一臺(tái)機(jī)組發(fā)電流量計(jì)。

龍開(kāi)口水電站上游梯級(jí)金安橋電站裝機(jī)容量為2 400 MW，共有4臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量600 MW，額定水頭111 m，機(jī)組額定流量605 m3/s，電站最大發(fā)電流量2420m3/s。金安橋電站正常蓄水位1418m，死水位1 398 m，水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容3.46億m3，具周調(diào)節(jié)能力。

龍開(kāi)口水電站下閘蓄水的11月為枯水期，考慮上游金安橋電站1臺(tái)機(jī)組發(fā)電，金安橋至龍開(kāi)口壩址區(qū)間流量采用多年11月平均流量30 m3/s，龍開(kāi)口壩址入庫(kù)流量為635 m3/s，對(duì)2012年11月上旬、中旬、下旬三個(gè)下閘方案進(jìn)行蓄水計(jì)算。

水庫(kù)在導(dǎo)流底孔下閘蓄水后，水位在1 d內(nèi)即可蓄至1 240.50 m。若水庫(kù)11月上旬、中旬下閘，18 d左右可蓄水至1 290.00 m，首臺(tái)機(jī)組可在12月初具備調(diào)試條件；若水庫(kù)11月下旬下閘，則需在12月8日才能蓄至死水位1 290.00 m，不能滿足12月初機(jī)組調(diào)試要求。

（3）采用龍開(kāi)口水電站建設(shè)管理局近年實(shí)測(cè)資料進(jìn)行蓄水分析。

龍開(kāi)口水電站建設(shè)管理局從2008年6月開(kāi)始對(duì)龍開(kāi)口水電站壩址流量進(jìn)行逐日流量觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)資料，龍開(kāi)口水電站2008年、2009年、2010年、2011年11月平均流量分別為1 705 m3/s、1 390 m3/s、1 145 m3/s和868 m3/s，11月入庫(kù)流量呈減少趨勢(shì)。采用2011年11月、12月逐日實(shí)測(cè)流量進(jìn)行蓄水分析。

水庫(kù)在導(dǎo)流底孔下閘蓄水后，水位在1 d內(nèi)即可蓄至1 240.50 m。若水庫(kù)11月上旬下閘，8 d可蓄水至1 290.00 m，8 d日平均流量為1 005 m3/s；若水庫(kù)11月中旬下閘，10 d可蓄水至1 290.00 m，10 d日平均流量為873 m3/s；若水庫(kù)11月下旬下閘，至12月4日（即14 d）水庫(kù)可蓄水至1 290.00 m，14 d日平均流量為703 m3/s。

2 實(shí)施情況

2012年11月25日，龍開(kāi)口水電站正式下閘蓄水。上午10時(shí)18分，1號(hào)導(dǎo)流底孔封堵閘門(mén)緩緩落下，歷時(shí)約10 min，1號(hào)導(dǎo)流底孔閘門(mén)順利下閘到底；下午6時(shí)66分，2號(hào)導(dǎo)流底孔閘門(mén)順利下閘到底。整個(gè)下閘過(guò)程較為平穩(wěn)，現(xiàn)場(chǎng)情況基本正常，龍開(kāi)口水電站初期蓄水取得圓滿成功。2013年5月21日10時(shí)40分，龍開(kāi)口水電站首臺(tái)機(jī)組（2號(hào)機(jī)組）順利通過(guò)72 h試運(yùn)行，投入商業(yè)運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

龍開(kāi)口水電站初期蓄水階段，導(dǎo)流底孔下閘時(shí)采用閘門(mén)局部開(kāi)啟的方式，順利下泄環(huán)保流量，滿足下游生態(tài)用水需求。導(dǎo)流底孔平板閘門(mén)局部開(kāi)啟下泄環(huán)保流量的措施，可供類似工程參考。

[1]陳義軍,包俊，李燕群，等.龍開(kāi)口水電站可行性研究報(bào)告第九篇施工組織設(shè)計(jì)[R].杭州:華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2009.

[2]董寶順,陳國(guó)良，高雅芬，等.龍開(kāi)口水電站下閘蓄水規(guī)劃專題報(bào)告[R].杭州:華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2012.

[3]董寶順,陳義軍，呂國(guó)軒，等.龍開(kāi)口水電站施工導(dǎo)流規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].水力發(fā)電,2013,39(2):32-35.