回龍山水電站生態(tài)流量機(jī)組工程布置方案研究

張 逍，楊 宇

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春 130021）

1 工程概況

回龍山水電站位于渾江中下游、遼寧省東部山區(qū)，距上游桓仁水電站44.0 km，距下游太平哨水電站35.6 km，庫(kù)區(qū)兩岸為陡峭山體，峽谷幽長(zhǎng)，河床開(kāi)闊、平坦。電站于1969 年5 月15 日主體工程開(kāi)工，1972 年9 月27 日下閘蓄水，同年10 月18日第一臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，1977 年10 月竣工。

回龍山水庫(kù)總庫(kù)容1.23 億m3，屬大（2）型水利工程，大壩為Ⅱ級(jí)建筑物。水庫(kù)大壩壩型為混凝土重力壩，工程設(shè)計(jì)時(shí)大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500 年一遇。大壩壩址以上控制流域面積12 500 km2，設(shè)計(jì)多年平均入庫(kù)流量172.0 m3/s。水庫(kù)正常蓄水位為221.0 m，相應(yīng)庫(kù)容為0.90 億m3；設(shè)計(jì)洪水位為221.7 m，相應(yīng)庫(kù)容為0.98 億m3；校核洪水位為223.8 m，相應(yīng)庫(kù)容為1.23億m3；調(diào)節(jié)庫(kù)容為0.18 億m3。

回龍山電站以發(fā)電為主，設(shè)計(jì)水頭26.0 m，安裝2 臺(tái)36.0 MW 軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組，設(shè)計(jì)年發(fā)電量2.74 億kW·h，為日調(diào)節(jié)型的混凝土重力壩。電站主要建筑物：混凝土重力壩，壩頂全長(zhǎng)567.3 m，最大壩高35.0 m，壩頂高程為225.0 m；溢流壩段設(shè)有13個(gè)開(kāi)敞式溢流孔（孔口尺寸為12.0 m×12.0 m）；1 條長(zhǎng)650.0 m 的城門(mén)洞型斷面引水隧洞；1 座調(diào)壓井（直徑20.0 m、高42.0 m）；2 條長(zhǎng)73.7 m 的壓力鋼管（直徑7.0 m）；引水式地下廠(chǎng)房，尾水平臺(tái)高程198.0 m；地下開(kāi)關(guān)站。

由于回龍山電站建設(shè)較早，當(dāng)時(shí)未考慮下游河道生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，回龍山壩址下游有8.0 km 減水段，對(duì)河道生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影響。根據(jù)現(xiàn)行的環(huán)保政策要求，回龍山水庫(kù)須泄放一定的基流以滿(mǎn)足下游河道的生態(tài)環(huán)境要求。

2 生態(tài)流量確定

目前，國(guó)內(nèi)河道生態(tài)流量的計(jì)算方法有很多種，工程設(shè)計(jì)常用的主要有水文學(xué)法和水力學(xué)法。因河道生態(tài)流量受上下游河道特性、流域水文、氣象、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等綜合影響，考慮回龍山水電站為已建成運(yùn)行多年的電站，此次依據(jù)NB/T 35091-2016《水電工程生態(tài)流量計(jì)算規(guī)范》，結(jié)合流域特征及相關(guān)資料，選擇蒙大拿法、7Q10 法、Qp法和濕周法等多種方法計(jì)算生態(tài)流量，并通過(guò)對(duì)比分析各方法計(jì)算成果確定回龍山壩址下游河道生態(tài)流量，見(jiàn)表1。

此次選取各方法中計(jì)算流量的最大值，即蒙大拿法計(jì)算成果作為推薦的回龍山壩址下游河道生態(tài)流量，為17.2 m3/s。

3 生態(tài)流量泄放

為滿(mǎn)足泄放17.2 m3/s的環(huán)境流量要求，可采用生態(tài)放流管直接排放和安裝生態(tài)機(jī)組兩種措施。

直接排放措施初步估算損失電量0.24億kW·h，相當(dāng)于損失保證出力3.0 MW，占回龍山水電站保證出力的17.0%，且工程實(shí)施比較困難。在滿(mǎn)足生態(tài)環(huán)境流量要求情況下，安裝生態(tài)機(jī)組不僅不損失電能，還有可能增加部分季節(jié)性電能，且工程實(shí)施難度不大。因此，從環(huán)保要求及水能利用的角度分析，需要研究考慮裝設(shè)生態(tài)機(jī)組，解決回龍山電站生態(tài)放流問(wèn)題。

4 方案比較

生態(tài)流量機(jī)組裝機(jī)方案擬定兩種方案。

1）方案一：在左岸擋水壩段后安裝生態(tài)機(jī)組。30 號(hào)擋水壩體局部開(kāi)口，在擋水壩體開(kāi)口兩側(cè)新建引水導(dǎo)墻，形成生態(tài)機(jī)組的進(jìn)水前池?？紤]凍冰厚度影響，壩體開(kāi)口至215.0 m 高程，開(kāi)口寬度為5.3 m，為使壩上交通不中斷，在開(kāi)口部位新建壩上交通橋，橋面寬8.0 m。引水導(dǎo)墻、進(jìn)水口按樞紐攔河壩建筑物標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，壩頂高程為225.0 m，上游兩側(cè)引水導(dǎo)墻頂寬8.0 m，與擋水壩段相連接，單側(cè)長(zhǎng)42.0 m。進(jìn)水口依次設(shè)置一孔攔污柵、一孔檢修閘門(mén)、一孔事故閘門(mén)，尺寸分別為5.3 m×7.6 m（寬×高，下同），5.3 m×4.5 m，5.3 m×4.0 m。廠(chǎng)房采用地面式，布置1 臺(tái)軸流式水輪發(fā)電機(jī)組，安裝間布置在廠(chǎng)房左側(cè)，GIS 室布置在安裝間左側(cè)，主廠(chǎng)房尺寸為25.0 m×15.0 m×35.2 m（長(zhǎng)×寬×高，下同），安裝間尺寸為19.6 m×15.0 m×23.7 m，GIS 室尺寸為9.0 m×15.0 m×10.0 m。尾水建筑物由尾水管、尾水平臺(tái)和尾水渠組成。尾水管由肘管段與擴(kuò)散段組成，擴(kuò)散段為一孔布置，設(shè)置1扇平板檢修閘門(mén)，閘門(mén)孔口尺寸為5.3 m×4.6 m。尾水平臺(tái)地面高程為209.0 m，與廠(chǎng)區(qū)地面高程相同，尾水渠緊接尾水管出口布置，渠底寬5.3～17.5 m，以1∶4 反坡與下游河道相接，反坡段采用30 cm 厚的混凝土護(hù)底。該方案施工工期約22 個(gè)月，工程投資約0.92 億元。

2）方案二：在庫(kù)區(qū)左岸新建引水系統(tǒng)，在左岸岸坡下安裝生態(tài)機(jī)組。發(fā)電廠(chǎng)房為引水式地面廠(chǎng)房。與方案一相比，發(fā)電廠(chǎng)房布置不變，僅是發(fā)電引水系統(tǒng)發(fā)生變化，該方案引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、引水隧洞組成。進(jìn)水口總長(zhǎng)度為41.0 m，頂高程為225.0 m；按結(jié)構(gòu)形式劃分為4 段，由上游至下游依次為進(jìn)口平直段、喇叭口收縮段、檢修閘門(mén)井段和與引水隧洞相銜接的漸變段。設(shè)置一孔攔污柵門(mén)及一孔檢修閘門(mén)，攔污柵孔口尺寸為3.0 m×7.6 m，檢修門(mén)孔口尺寸為3.0 m×3.0 m。引水隧洞由左壩肩上游側(cè)繞至左壩肩下游側(cè)，總長(zhǎng)度為280.0 m，過(guò)流斷面為圓形，隧洞內(nèi)徑為3.0 m。引水隧洞后接鋼岔管，后經(jīng)漸變段與廠(chǎng)房蝸殼相接，蝸殼進(jìn)口尺寸為5.3 m×3.0 m，出洞后機(jī)組引水壓力管道長(zhǎng)20.0 m。左岸地質(zhì)由上至下由安山巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰角礫巖、凝灰?guī)r構(gòu)成，巖石較完整，強(qiáng)度高，成洞條件好，適合隧洞開(kāi)挖。但進(jìn)水口施工時(shí)需要在庫(kù)區(qū)做圍堰，且緊鄰庫(kù)邊挖洞，施工過(guò)程中不確定因素較多，可能會(huì)出現(xiàn)水下施工情況，施工難度大。該方案施工工期約30 個(gè)月，工程投資約1.35 億元。

綜上所述，方案一與方案二相比，無(wú)需在水庫(kù)里做施工圍堰，待壩后引水導(dǎo)墻、廠(chǎng)房施工完畢后，通過(guò)降低庫(kù)水位方式進(jìn)行大壩局部開(kāi)口施工，使影響原回龍山電站發(fā)電量降至最小，且具有施工布置簡(jiǎn)單、施工干擾小、工程投資低等優(yōu)點(diǎn)，故推薦采用方案一。

5 推薦方案生態(tài)流量機(jī)組工程布置

1）發(fā)電廠(chǎng)房布置

同方案比較中方案一布置。

2）廠(chǎng)區(qū)布置

回龍山生態(tài)流量機(jī)組方案建筑物布置依次為主機(jī)間、安裝間、GIS 室，變壓器及出線(xiàn)布置在安裝間上游墻側(cè)，廠(chǎng)區(qū)平臺(tái)由廠(chǎng)區(qū)擋墻及進(jìn)水口圍填而成，呈U 形布置，廠(chǎng)區(qū)高程為209.0 m。廠(chǎng)區(qū)平臺(tái)尾水側(cè)長(zhǎng)29.8 m、寬20.0 m，設(shè)有廠(chǎng)區(qū)擋墻，并與進(jìn)廠(chǎng)道路相接；左端側(cè)長(zhǎng)50.0 m、寬15.0 m，上游側(cè)長(zhǎng)24.7 m、寬15.0 m，按1∶2 坡比填筑而成。

3）進(jìn)廠(chǎng)道路布置

大壩左側(cè)已有1 條上壩公路，公路路面高程為225.0 m，左岸岸坡坡度約40°，較陡峭，故采用路-橋結(jié)構(gòu)形式布置進(jìn)廠(chǎng)道路。進(jìn)廠(chǎng)道路縱向坡度為5%，路面寬7.5 m、長(zhǎng)320.0 m。

4）發(fā)電廠(chǎng)房基礎(chǔ)處理

發(fā)電廠(chǎng)房壩段所在的主河床左岸基礎(chǔ)主要由凝灰?guī)r構(gòu)成，部分為灰?guī)r，局部有巖脈，巖石堅(jiān)硬，但節(jié)理裂隙發(fā)育，須進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。固結(jié)灌漿孔間、排距均為3.0 m，呈梅花形布置，深入基巖5.0 m。

根據(jù)NB/T 35026-2014《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩高在50.0 m以下，巖體相對(duì)隔水層的透水率為5 Lu，防滲帷幕應(yīng)深入到該巖層內(nèi)3.0～5.0 m。根據(jù)擋水壩體帷幕灌漿已處理情況，機(jī)組引水導(dǎo)墻和進(jìn)水口須進(jìn)行帷幕灌漿處理。帷幕灌漿孔間距為2.0 m，深入基巖42.0 m。

5）電力送出

回龍山生態(tài)機(jī)組工程位于桓仁縣已建回龍山水電站大壩左岸擋水壩段后，系利用擋水壩段局部開(kāi)口進(jìn)行生態(tài)機(jī)組裝機(jī)的改造工程。樞紐主要建筑物由引水建筑物、發(fā)電廠(chǎng)房組成。工程按現(xiàn)在正常蓄水位221.0 m 高程，安裝1 臺(tái)軸流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)額定容量為3.2 MW。

根據(jù)已建回龍山水電站現(xiàn)有條件，改造后的生態(tài)機(jī)組電力送出通過(guò)主變壓器及一回66 kV 出線(xiàn)，接入已建回龍山水電站66 kV 變電站。線(xiàn)路長(zhǎng)度約1.5 km，每200.0 m 設(shè)置一單塔。

6 結(jié)語(yǔ)

在不影響已有回龍山水電站正常發(fā)電與不改變大壩水利樞紐防洪任務(wù)的前提下，結(jié)合壩址處已建建筑物布置情況安裝生態(tài)機(jī)組是該工程的一大難點(diǎn)。推薦的擋水壩體局部開(kāi)口并在兩側(cè)新建引水導(dǎo)墻引水的方案，使影響原回龍山電站發(fā)電量降至最小，工程投資也最低。該設(shè)計(jì)成果豐富了電站增加生態(tài)流量機(jī)組的案例，為類(lèi)似項(xiàng)目提供了建設(shè)性的參考和借鑒。