楊房溝水電站下閘蓄水規(guī)劃研究

陳強，趙凱，陸高明

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，杭州，310014)

1 工程概況

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)，是雅礱江中游河段一庫七級開發(fā)的第六級，上距孟底溝水電站37km，下距卡拉水電站33km，工程規(guī)模為大(1)型。壩址控制流域面積8.088萬km2，多年平均流量900m3/s。楊房溝水電站正常蓄水位2094.00m，水庫總庫容5.1248億m3，調(diào)節(jié)庫容0.5385億m3，電站裝機容量1500MW。樞紐主要建筑物由混凝土雙曲拱壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。壩身布置4個泄洪中孔，高程為2029.00m。

施工導(dǎo)流采用圍堰一次斷流、隧洞導(dǎo)流方式，兩條導(dǎo)流隧洞均布置在右岸，1#導(dǎo)流隧洞靠江側(cè)布置，城門洞型，過流斷面均為13m×16m(寬×高)，進(jìn)口高程為1985.00m，洞長分別為716.04m和831.56m，啟閉平臺高程為2023.00m。

根據(jù)施工總進(jìn)度及導(dǎo)流程序，計劃于2020年11月初導(dǎo)流隧洞下閘。水庫初期蓄水期間，要求脫水河段最小下泄流量145m3/s，采用壩身設(shè)置生態(tài)泄放孔泄放最小流量方案，生態(tài)泄放孔布置于大壩12#壩段，高程為1988.50m，生態(tài)泄放孔啟閉設(shè)備平臺高程為2035.00m[1]。

圖1 楊房溝水電站上游展示

2 下閘蓄水規(guī)劃方案

2.1 下閘蓄水規(guī)劃原則

楊房溝水電站蓄水原則主要考慮工程安全、下游生態(tài)環(huán)境用水需求、下游生產(chǎn)生活綜合用水需要以及對下游梯級電站影響來確定[2]。具體原則為：①滿足工程樞紐建筑物控制運用的工程安全性要求；②滿足工程下閘蓄水工程形象面貌要求；③下泄不低于145m3/s的生態(tài)流量；④兼顧雅礱江下游河段各已建梯級電站的經(jīng)濟損失；⑤保證導(dǎo)流隧洞堵頭施工安全或減少封堵施工安全風(fēng)險[3]。

2.2 下閘蓄水規(guī)劃方案

根據(jù)楊房溝水電站建設(shè)進(jìn)度，計劃于2020年11月上旬2#導(dǎo)流隧洞下閘后實施封堵，2020年12月中下旬1#導(dǎo)流隧洞下閘后實施封堵，保證提前發(fā)電目標(biāo)的實現(xiàn)。同時，考慮上游入庫流量的不確定性，需確保生態(tài)流量的下泄，擬定采用兩條導(dǎo)流隧洞分期下閘，并通過生態(tài)泄放孔、大壩泄洪中孔組合的方式向下游供水。具體下閘蓄水安排擬定如下：

(1)2020年11月上旬，2#導(dǎo)流隧洞優(yōu)先下閘后封堵，下閘后由1#導(dǎo)流隧洞泄流，水庫不進(jìn)行蓄水。

(2)2020年12月中下旬，1#導(dǎo)流隧洞下閘后封堵，2021年1月1日水庫開始蓄水，起蓄水位為起蓄時刻的入庫流量由1#導(dǎo)流隧洞過流能力確定。

(3)2020年1月至4月，庫水位未達(dá)到2032.38m(中孔生態(tài)泄放水位)以前，由生態(tài)泄放孔敞泄上游來水。當(dāng)庫水位達(dá)到2032.38m時生態(tài)泄放孔下閘封堵，轉(zhuǎn)由泄洪中孔按145m3/s下泄上游來水，滿足下游河道生態(tài)用水要求。此后通過調(diào)節(jié)泄洪中孔閘門開度，控制2021年5月1日前庫水位不超過2045m(蓄水期間控制蓄水位)，以降低導(dǎo)流隧洞封堵施工安全風(fēng)險。

(4)2021年5月1日之后，控制泄洪中孔的開度，使下泄流量維持在145m3/s，以滿足下游河道生態(tài)用水需求，其余入庫水量均用于水庫蓄水。當(dāng)蓄水至高程2077.40m(機組調(diào)試最低水位)時可以進(jìn)行機組有水調(diào)試，之后繼續(xù)蓄水至死水位高程2088m(死水位)，并保持在該水位運行，直至7月1日首臺機組發(fā)電。

(5)2021年7月1日之后，根據(jù)運行監(jiān)測情況，在大壩安全性評估基礎(chǔ)上，結(jié)合上游梯級電站蓄水計劃及來水情況，適時擇機蓄水至正常蓄水位2094m。

2.3 下閘階段導(dǎo)流方案

從2020年11月初導(dǎo)流隧洞封堵開始，至2021年5月封堵完成，為后期導(dǎo)流階段，共分三個導(dǎo)流時段：

(1)2020年11月(2#導(dǎo)流隧洞下閘后)-2020年12月(1#導(dǎo)流隧洞下閘前)：壩體度汛洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用200年一遇流量，相應(yīng)的流量為1360m3/s，由1#導(dǎo)流隧洞泄流，壩前水位為2002.24m；

(2)2021年1月(1#導(dǎo)流隧洞下閘后)-2021年5月：壩體度汛洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用200年一遇流量，相應(yīng)的流量為2350m3/s，由3個中孔泄流，壩前水位為2060.54m；

(3)2021年6月-2021年10月(導(dǎo)流隧洞封堵完成)：壩體度汛洪水設(shè)計重現(xiàn)期為200年，相應(yīng)的流量為8540m3/s，由4個表孔和3個中孔聯(lián)合泄流，壩前水位為2095.36m；壩體度汛洪水校核重現(xiàn)期為500年，相應(yīng)的流量為9320m3/s，壩前水位為2096.27m。

2.4 下閘時間的比選

初擬方案于2020年11月-12月下閘，對工程建設(shè)進(jìn)度要求相對較高。需要對下閘時間在經(jīng)濟性、安全性、合理性方面進(jìn)行進(jìn)一步分析，因此擬定了三個下閘蓄水方案進(jìn)行分析比較，分別為：

方案1：2#導(dǎo)流隧洞在2020年11月上旬下閘，2020年11月-2021年4月對其進(jìn)行堵頭封堵施工；1#導(dǎo)流隧洞在2020年12月中下旬下閘，工程于2021年1月1日開始蓄水，2021年1月-2021年5月對其進(jìn)行堵頭封堵施工；

方案2：2#導(dǎo)流隧洞在2020年11月上旬下閘，2020年11月-2021年4月對其進(jìn)行堵頭封堵施工；1#導(dǎo)流隧洞在2021年1月下旬下閘，2月1日開始蓄水，2021年2月-2021年6月對其進(jìn)行堵頭封堵施工。

方案3：2#導(dǎo)流隧洞在2020年11月上旬下閘，2020年11月-2021年4月對其進(jìn)行堵頭封堵施工；1#導(dǎo)流隧洞在2021年2月下旬下閘，3月1日開始蓄水，2021年3月-2021年7月對其進(jìn)行堵頭封堵施工。

2.4.1 啟閉結(jié)構(gòu)復(fù)核比選

施工圖階段，1#導(dǎo)流隧洞閘門設(shè)計動水下閘水頭21.39m，啟閉設(shè)備容量2×2500kN，卷揚機揚程24m；2#導(dǎo)流隧洞閘門設(shè)計動水下閘水頭33.47m，啟閉設(shè)備容量10000kN，卷揚機揚程23m。經(jīng)過計算分析，三個下閘方案動水下閘水頭均不超過15m，導(dǎo)流隧洞進(jìn)口排架結(jié)構(gòu)、啟閉機容量、卷揚機揚程等均能滿足下閘要求，有較大的富裕度，具備下閘時段延后確保下閘安全的容差性。

2.4.2 導(dǎo)流程序比選

三個下閘方案中2#導(dǎo)流隧洞下閘時間均選擇在11月上旬，考慮施工進(jìn)度的不確定性2#導(dǎo)流隧洞下閘時間有所不同，其導(dǎo)流程序和標(biāo)準(zhǔn)也略有區(qū)別。三個方案的蓄水過程基本一致，三個下閘方案蓄水時在來流量75%保證率的情況下，生態(tài)泄放孔2021年5月3日具備下閘時機，2021年5月17日庫水位滿足機組調(diào)試，2021年5月21日水位蓄至2088m高程。下面從導(dǎo)流隧洞封堵施工安排及導(dǎo)流程序和標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行分析比較。

下閘方案1：2#導(dǎo)流隧洞封堵安排在2020年11月上旬下閘后-2020年4月底，擋水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，流量為1020m3/s，相應(yīng)的下游高程為1985.41m。1#導(dǎo)流隧洞封堵安排在2021年1月-2021年5月，可在主汛期前完成封堵段施工。此外，一旦下閘不順利或者閘門出現(xiàn)漏水等異常情況，處理措施的時間相對比較充足。

下閘方案2：與下閘方案1對于2#導(dǎo)流隧洞封堵安排基本一致，其施工期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)水位一致。1#導(dǎo)流隧洞封堵安排在2021年2月-2021年6月，可在主汛期到來之前基本完成堵頭混凝土澆筑，灌漿工程需在汛期高水位工況下施工約1個月。由于1#導(dǎo)流封堵段需跨汛期施工，根據(jù)《水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(DL/T 5397-2007)第4.4.9條的規(guī)定，導(dǎo)流泄水建筑物封堵工程施工期其進(jìn)出口的臨時擋水標(biāo)準(zhǔn)在該時段5年～20年重現(xiàn)期范圍內(nèi)選定，封堵施工期臨近或跨入汛期時應(yīng)適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)。其出口圍堰需具備50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，流量為7310m3/s，相應(yīng)的水位為1995.46m。因此，相比下閘方案1導(dǎo)流隧洞封堵施工期安全風(fēng)險略高。

下閘方案3：與下閘方案1、方案2對于2#導(dǎo)流隧洞封堵安排基本一致，其施工期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)水位一致。1#導(dǎo)流隧洞封堵安排在2021年3月-2021年7月，可在主汛期到來之前完成上游段堵頭混凝土澆筑，其下游段堵頭混凝土、灌漿工程需在汛期高水位工況下施工約2個月。由于1#導(dǎo)流隧洞封堵體為主跨汛期施工，其出口圍堰需具備50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，流量為7310m3/s，相應(yīng)的水位為1995.46m。下閘方案3是三個方案中導(dǎo)流隧洞封堵施工期安全風(fēng)險相對最高的。

2.4.3 下閘撤離比選

三種下閘方案從蓄水至導(dǎo)流隧洞進(jìn)口平臺高程2023.00m歷時均滿足兩條導(dǎo)流隧洞啟閉機拆除時間要求，滿足撤離需要，見表1。

表1 從導(dǎo)流隧洞下閘到蓄水至高程2023.00m歷時

2.4.4 推薦方案的確定

綜合考慮下閘和封堵風(fēng)險、大壩施工進(jìn)度等因素，三個方案技術(shù)上均可行，但是方案1安全風(fēng)險最低。通過增加資源投入，加快建設(shè)進(jìn)度，可以實現(xiàn)方案1的下閘時間目標(biāo)，因此，最終推薦采用下閘方案1。

3 水庫蓄水過程計算

采用選取的P=25%、50%、75%的來水保證率年份相應(yīng)蓄水時段(1月-6月)的逐日入庫流量[4]，按滿足下游用水需求通過電站的不同泄流設(shè)施下泄上游來水，通過水量平衡計算楊房溝水電站初期蓄水時段的水庫蓄水過程[5]。

根據(jù)計算成果分析得出，在來水保證率P=75%情況下，楊房溝水庫從2021年1月1日開始蓄水時，至2021年4月30日時水庫水位2025.80m，低于控制水位2045.00m，降低導(dǎo)流隧洞下閘后堵頭施工期安全風(fēng)險。水庫水位蓄至機組帶水調(diào)試的目標(biāo)水位2077.40m的時間為2021年5月17日，蓄水歷時約137d，滿足早于2021年5月20日的目標(biāo)時間要求。水庫水位蓄至電站首臺機組投產(chǎn)發(fā)電的目標(biāo)水位2088.00m(水庫死水位)的時間為2021年5月21日，蓄水歷時約141d，滿足不遲于2021年6月30的目標(biāo)時間要求。

考慮楊房溝水電站定于2021年7月首臺機組發(fā)電的目標(biāo)工期的重要性，除對選取的保證率P=75%上游來水情況水庫蓄水過程進(jìn)行了分析計算外，對出現(xiàn)特枯年份(相應(yīng)來水保證率P=98%)來水情況時水庫相應(yīng)的蓄水過程情況進(jìn)行了分析計算。經(jīng)計算，當(dāng)上游來水出現(xiàn)特枯年份時，2021年5月20日電站機組帶水調(diào)試時的水庫水位僅蓄至2014.81m，距目標(biāo)水位2077.40m低了約62.59m；水庫水位蓄至電站首臺機組投產(chǎn)發(fā)電水位2088.00m的時間是2021年6月17日(不考慮安排兩河口水庫同步蓄水)，早于2021年6月30日，滿足蓄水發(fā)電的時間要求。由此分析可知，若初期蓄水期間上游來水出現(xiàn)特枯情況時，水庫蓄水過程可能存在不能滿足機組帶水調(diào)試的要求，但能夠滿足首臺機組投產(chǎn)發(fā)電的時間要求。

楊房溝水電站生態(tài)泄放孔采用無閘門控制自由敞泄方式下泄水量，底高程為1988.50m。楊房溝水庫蓄水起始時間是2021年1月1日，P=75%來水流量時的起蓄時刻的入庫流量為332m3/s，根據(jù)2#導(dǎo)流隧洞的泄流曲線查讀的起蓄水位是1991.73m，雖然高于生態(tài)泄放孔底高程1988.50m，但生態(tài)泄放孔相應(yīng)過流能力僅為85.09m3/s，小于下游河道生態(tài)環(huán)保流量145m3/s，隨著蓄水量的增加，水庫水位逐漸抬升，至生態(tài)泄放孔過流能力達(dá)到145m3/s時需要時間約為3.2h，表明在水庫初期蓄水開始時若兩孔閘門同時下閘，存在部分時段下泄流量小于145m3/s的現(xiàn)象，因此考慮該時段內(nèi)將采取1#導(dǎo)流隧洞單孔閘門短時間內(nèi)延遲下閘的措施確保下泄流量。經(jīng)計算，1#導(dǎo)流隧洞單孔過流時，壩前水位為1998.04m，對應(yīng)的生態(tài)泄放孔過流能力為145.03m3/s，滿足下泄流量要求。

圖2 楊房溝水庫P=75%來水頻率下水庫入庫

圖3 楊房溝水電站初期蓄水階段庫水位變化過程(P=75%)

4 水庫蓄水實際過程

2020年11月7日9時25分，2#導(dǎo)流隧洞順利下閘就位，下閘時流量為767m3/s，壩前水位為1992.80m。2020年12月30日10時11分，1#導(dǎo)流隧洞閘門順利下閘，下閘時流量為369m3/s，壩前水位為1991.41m，水庫正式開始蓄水。水庫蓄水后，拱壩等主要水工建筑物、拱肩槽邊坡、上游庫區(qū)邊坡等均處于正常狀態(tài)。

根據(jù)下閘蓄水計劃，至2021年4月30日通過泄洪中孔控制壩前水位不超過高程2045.00m。第二階段蓄水計劃于2021年5月1日開始，至5月20日蓄水至高程2077.40m滿足機組調(diào)試要求，至6月30日蓄水至死水位2088.00m滿足首臺機組發(fā)電要求，之后根據(jù)上游來水情況水庫逐步蓄水至正常蓄水位2094.00m。工程成功下閘蓄水為2021年7月首臺機組投產(chǎn)發(fā)電奠定了堅實基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

楊房溝水電站通過建設(shè)模式創(chuàng)新，通過精心組織施工，優(yōu)化工藝設(shè)計，增加資源投入等，為水庫提前蓄水奠定了基礎(chǔ)。在初期蓄水階段，對下閘蓄水方案進(jìn)行了合理規(guī)劃，選擇了保證性高的下閘時間，采用了導(dǎo)流隧洞+生態(tài)泄放孔+中孔的組合方式確保下泄流量，保證了蓄水階段的導(dǎo)流和度汛安全，可供類似工程參考。