馬富強，孫光禮，符昌勝

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 概 述

大七孔水電站位于貴州省黔南布依族苗族自治州荔波縣境內(nèi)，是漳江支流方村河梯級開發(fā)中的最后一級電站，屬Ⅲ等工程，主要建筑物包括大壩樞紐、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力鋼管和發(fā)電廠房。電站裝機3×1.6萬kW，2005年8月，三臺機組全部投產(chǎn)運營，年利用小時5208 h，年發(fā)電量為2.5億kW·h。投產(chǎn)至今，電站發(fā)電運行良好，效益顯著。

2 研究背景及目的

大七孔水電站開工(1994年)建設(shè)較早，歷史原因前期設(shè)計未考慮設(shè)置生態(tài)放水設(shè)施，水庫蓄水后電站正常運營期間，大壩下游河段因減脫水引發(fā)的環(huán)境問題十分突然。2006年1月原國家環(huán)?？偩诸C布《水電水利建設(shè)項目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評價技術(shù)指南》，明確了對于會造成下游河道減脫水的水利水電工程，必須下泄生態(tài)流量及采取相應(yīng)的生態(tài)流量下放保障措施。另《中華人民共和國環(huán)境保護法》《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》《中華人民共和國水法》《中華人民共和國漁業(yè)法》等法律法規(guī)均對水利水電建設(shè)項目水環(huán)境、水生態(tài)保護提出了明確的要求。同時根據(jù)大七孔水電站竣工驗收意見，該工程不具備下放生態(tài)水功能，應(yīng)增設(shè)下放不小于0.5 m3/s 的生態(tài)放水設(shè)施。

大七孔水電站自運行發(fā)電以來，已累計發(fā)電量近40億kW·h，發(fā)電效益顯著，若后期增設(shè)生態(tài)流量下放設(shè)施，勢必會對電站的發(fā)電效益造成一定程度的影響，因此，采取何種方式的下放環(huán)境水措施，與電站的直接經(jīng)濟效益關(guān)系數(shù)重大。本文旨在通過多方位、多角度經(jīng)濟技術(shù)綜合性研究論證及比選，找出對運營期電站發(fā)電效益影響最小、投資最優(yōu)、施工最快捷的下放環(huán)境水設(shè)施。

3 樞紐布置現(xiàn)狀

大七孔水電站工程樞紐由重力壩、壩頂溢流表孔、左岸放空沖沙洞和左岸電站進水口組成。大壩為R50漿砌塊石重力壩，壩頂高程755.54 m，正常蓄水位743.00 m，死水位741.00 m。大壩利用河道中部突出地形采用5段布置，從左到右分別是左岸岸坡非溢流壩段、左側(cè)兩孔溢流表孔段、河床中部非溢流壩段、右側(cè)單孔溢流表孔段和右岸岸坡非溢流壩段，壩軸線全長94.5 m。三個溢流表孔凈寬均為12 m，堰頂高程736.00 m，設(shè)12 m×7 m 平板鋼閘門，閘門頂高程同水庫正常蓄水位，天然洪水自閘門頂自由泄流。重力壩最大壩高25.54 m，上游坡度1∶0，下游坡度1∶0.45，壩上游設(shè)1.0 m厚R150混凝土防滲墻。

放空沖沙隧洞布置在左岸岸邊緊靠發(fā)電進水口，以確保發(fā)電進水口門前清，隧洞進口底板高程726.00 m，洞長70.6 m，洞徑3.2 m，進口設(shè)3.2 m×3.2 m工作及檢修閘門。發(fā)電取水口位于沖沙隧洞進口左側(cè)，進口底板高程731.00 m，發(fā)電取水流量18 m3/s。取水口后采用方圓漸變接電站引水隧洞，洞徑3.2 m，設(shè)計流速2.24 m/s。

4 生態(tài)放水方案研究

根據(jù)大七孔電站大壩樞紐現(xiàn)有建筑物布置形式，結(jié)合水庫各特征水位關(guān)系與電站運行調(diào)度情況，對生態(tài)流量下放措施改造升級進行四個方案的擬定[1]。

4.1 方案一：改造沖沙放空洞方案

放空沖沙隧洞布置在左岸岸邊緊靠發(fā)電進水口，該隧洞進口底部高程726.00 m，洞長70.6 m，洞徑3.2 m，進口設(shè)3.2 m×3.2 m的工作閘門及檢修閘門。對現(xiàn)有隧洞進行改造，在洞軸線與大壩帷幕交接處增設(shè)堵頭，堵頭中間埋鋼管，管道明管敷設(shè)于洞內(nèi)，鋼管直徑1.2 m，利用沖沙放空洞長約50 m。隧洞出口設(shè)閘閥室用于控制水庫放空及下放生態(tài)環(huán)境水作用，其中放空管管徑1.2 m，生態(tài)管管徑0.2 m，管材都采用鋼管。閘閥室基礎(chǔ)采用C25鋼筋混凝土基礎(chǔ)，室內(nèi)設(shè)DN1200閘閥一套、DN200流量控制閥一套，分別作用放空及生態(tài)放水用。

4.2 方案二：結(jié)合導(dǎo)流洞新增右岸放水洞方案

板潭大壩原導(dǎo)流洞布置在右岸河彎地段，全長154 m，寬5 m，高5 m，為城門洞形，隧洞進口底板高程730.00 m，出口底板高程726.92 m，坡度2%。本方案在右岸增設(shè)生態(tài)放水隧洞與導(dǎo)流洞下游段相接。

進口位于原導(dǎo)流洞進口與大壩之間，布置井筒式閥門井，內(nèi)設(shè)直徑700 mm放水管接下游新增隧洞，閥門井內(nèi)布置流量控制閥，交通采用沿井內(nèi)壁布置的樓梯，上下高差20 m。放水隧洞采用城門洞型，斷面凈空1.5 m×1.8 m，隧洞進口接生態(tài)放水管后明流輸水。

4.3 方案三：溢洪道平板閘門新增放水管方案

樞紐布置有3孔溢洪道，均設(shè)置升臥式平面鋼閘門。結(jié)合河道下游近90度向右轉(zhuǎn)彎的特點，考慮對右邊孔1孔溢洪道工作閘門進行改造。溢洪道堰頂高程為736.00 m。工作閘門的孔口規(guī)格尺寸為12.0 m×7.5 m(寬×高)。閘門的運行方式為動水啟閉，啟閉機為固定式卷揚啟閉機。

改造方案考慮對3#平板鋼閘門(大壩最右側(cè)閘門)進行拆除改造，重新制作一扇平板鋼閘門，在鋼閘門中部開孔安裝DN700法蘭，并連接DN700活塞式調(diào)流閥，流量調(diào)節(jié)閥安裝高程(管中心線高程)為737.336 m。因門體結(jié)構(gòu)變化，需改造上部啟閉機工作橋。

4.4 方案四：中部非溢流壩段新增正虹吸結(jié)構(gòu)放水方案

虹吸式輸水管是利用上游液面的大氣壓與管內(nèi)壓強差而工作的一種壓力輸水管道[2]，多用于短距離輸水工程。工程中一般限制虹吸管中最大真空不超過7～8 m水柱。電站大壩壩頂高程755.54 m，正常蓄水位743.00 m，死水位741.00 m。大壩下游設(shè)有二道壩，大壩下游形成水墊塘。

結(jié)合以上條件看，大壩上下游均有穩(wěn)定的水體便于對虹吸管進行閉氣，同時水庫水位消落僅3 m 變幅，為減少改造施工對電站發(fā)電的影響，考慮在大壩中部非溢流壩段布設(shè)正虹吸放水結(jié)構(gòu)。虹吸管上游斜管進口伸入死水位以下，頂部水平段在748.00 m高程壩身穿孔、下游斜管沿山體敷設(shè)接入水墊塘內(nèi)。因正虹吸放水利用水頭較高，因此放水管管徑相對其他方案較小，經(jīng)驗算采用管徑400 mm即可。頂部水平段采用水平鉆套管鉆孔，鉆孔長9 m，孔徑500 mm。上下游斜管段采用C25混凝土外包，管材采用Q235C鋼管，鋼管直徑DN400 mm，壁厚8 mm。在頂部水平段大壩上游側(cè)設(shè)排氣裝置，主管頂部設(shè)排氣支管，支管末端與真空泵連接。在管頂部水平段大壩下游側(cè)設(shè)DN400流量控制閥一套，用于生態(tài)放水。放水前打開下游流量控制閥，采用真空泵將放水管中的氣體排出形成虹吸管，待虹吸形成后，控制下游流量閥開度以達到控制下放生態(tài)流量的目的。

5 方案比選

對上述四種生態(tài)流量下放措施改造方案將從工程措施、施工條件、工程投資、效益影響、工程風(fēng)險和運行管理等六個方面進行綜合比選如表1。

表1 生態(tài)流量下放措施方案綜合比選

由綜合比選可見，采用方案四正虹吸結(jié)構(gòu)，施工措施較為簡單，工程投資省，對電站運行影響小，工程風(fēng)險小，運行管理條件較好，因此推薦采用[3]。

6 結(jié) 語

大七孔水電站年利用5200多個小時，年發(fā)電量2.5億kW·h，電站發(fā)電效益好，若生態(tài)流量放水設(shè)施改造采用傳統(tǒng)進水口+輸水洞+出口控制閥下放方式，勢必會對電站發(fā)電效益產(chǎn)生較大影響，因此設(shè)計重點考慮施工較為便捷、對電站效益影響小的改造措施。結(jié)合電站水庫消落水深小，大壩不高的特點，巧妙地利用虹吸原理增設(shè)生態(tài)流量下放措施，簡化了施工，節(jié)約了投資、降低了工程風(fēng)險、提高了運營品質(zhì)、提升了項目形象。

早期設(shè)計及建設(shè)的中小水電站，大部分缺失生態(tài)流量下放專項設(shè)施，后期新建或改造增加的放水設(shè)施的成功與否對電站效益的發(fā)揮非常關(guān)鍵，因此須結(jié)合工程實際及項目具體特點進行研究分析、綜合比選論證，則至關(guān)重要。對于大量建設(shè)時間較長、運營期較久的引水式中小型電站來說，擋水建筑物往往采用相對較低的滾水壩或閘壩設(shè)計，水庫消落變幅一般不大，在進行方案比選時可考慮結(jié)構(gòu)簡單、投資省、外部干擾相對較小的正虹吸結(jié)構(gòu)。