小中甸水庫工程初期蓄水方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

羅純軍，彭 嫻

淵湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院袁410007袁長沙冤

一、初期蓄水目標(biāo)及下游用水要求

小中甸水庫蓄水目標(biāo)為：2014年8月底前水庫蓄水位達(dá)到死水位3 212.5 m，9月底前達(dá)到溢洪道堰頂高程3 227.0 m；如溢洪道閘門在水庫初期蓄水前安裝并具備正常運(yùn)用條件，9月底前爭取蓄水到水庫汛期限制水位3 233.0 m，10月爭取蓄水到正常蓄水位3235.0m。

原設(shè)計(jì)在3 210.00 m高程布設(shè)1個(gè)生態(tài)基流放水管，管徑0.60 m，死水位時(shí)泄流能力為4.61 m3/s,遠(yuǎn)小于汛期（7月1日—9月30日）來水流量，水庫蓄水位達(dá)到死水位后仍將被迫抬升庫水位到溢洪道堰頂高程3 227.00 m。汛期溢洪道閘門未安裝的蓄水方案，水庫汛期最高蓄水位實(shí)際為溢洪道堰頂高程3 227.00 m。蓄水前溢洪道閘門已安裝并具備正常運(yùn)用的條件下，水庫汛期最高蓄水位為汛期限制水位3 233.00 m。

水庫下游除生態(tài)、景觀和環(huán)境用水需求外，還有下游已建吉沙、沖江河(一期、二期)、螺絲灣電站發(fā)電的用水要求，以及農(nóng)業(yè)、農(nóng)牧民用水的要求。鑒于小中甸水庫初期蓄水期間，本工程2014年8月底前電站不能投入運(yùn)行，水庫蓄水后只有生態(tài)基流放水管放水。初期蓄水期間主要考慮下游生態(tài)、景觀和環(huán)境用水需求，以及農(nóng)業(yè)、農(nóng)牧民用水的要求。經(jīng)分析，水庫初期蓄水期按下游生態(tài)最小流量1.42 m3/s和下游灌溉引用流量1.42 m3/s，合計(jì)最小流量為2.84 m3/s，通過生態(tài)基流放水管放水。

水庫蓄水位在死水位3 212.50 m以下時(shí)，通過壩底埋管（管中心高程為3 190.00 m，直徑0.60 m）下泄最小流量2.84 m3/s，當(dāng)蓄水位達(dá)到死水位后關(guān)閉壩下埋管閥門，由生態(tài)基流放水管放最小流量。本工程建設(shè)期間或工程運(yùn)行期間，當(dāng)電站2臺(tái)機(jī)組不能發(fā)電時(shí)，為保證下游電站發(fā)電，增建了2個(gè)生態(tài)基流放水管，管中心高程均為3 210.00 m,直徑0.60 m。

二、水庫來水計(jì)算

根據(jù)初擬的導(dǎo)流洞閘門下閘時(shí)間，水庫主要初期蓄水時(shí)間為2014年7—9月，水庫應(yīng)在保證工程安全的條件下盡可能多蓄水。壩址多年平均各月來水情況見表1。

表1 小中甸站壩址多年平均月平均流量及年內(nèi)分配

在計(jì)算各時(shí)段水庫入庫流量時(shí)，先將 7、8、9、10 月 4 個(gè)月份的壩址流量進(jìn)行排頻，得出該月豐 (25%)、平(50%)、枯(75%)對應(yīng)的入庫流量。然后再將 7、8月入庫流量，8、9月入庫流量，7、8、9月入庫流量相加后進(jìn)行排頻， 得出7—8月、7—9月、8—9月對應(yīng)豐(25%)、平(50%)、枯(75%)的入庫流量。根據(jù)壩址徑流系列計(jì)算的設(shè)計(jì)入庫流量成果見表2。

表2 水庫初期蓄水設(shè)計(jì)入庫流量成果

三、水庫初期蓄水方案擬定

1.初期蓄水計(jì)算條件

2014年汛期水庫初期蓄水的起始水位為導(dǎo)流洞進(jìn)口高程3 192.00 m。蓄水期由放水管放最小流量2.84 m3/s，溢洪道具備泄流條件。

2.蓄水方案

方案一：2014年汛后（10月1日以后，2臺(tái)機(jī)組具備發(fā)電過水條件）溢洪道閘門安裝，溢洪道敞開泄洪。按不同的導(dǎo)流洞閘門下閘時(shí)間計(jì)算水庫蓄水達(dá)到死水位3 212.5 m、溢洪道堰頂高程3 227.0 m的時(shí)間。汛期水庫最高蓄水位為溢洪道堰頂高程3 227.0 m。

方案二：溢洪道閘門在水庫蓄水前安裝、調(diào)試完畢，具備正常運(yùn)用條件。水庫蓄水位汛期（7月1日—9月31日）高于溢洪道堰頂高程3 227.0 m、低于汛期限制水位3233.0 m時(shí)由溢洪道閘門檔水,汛期最高蓄水位為防洪限制水位3 233.0 m。汛后可蓄水至正常蓄水位3 235.0 m。遇洪水時(shí)由溢洪道泄洪。按不同的導(dǎo)流洞閘門下閘時(shí)間計(jì)算水庫蓄水達(dá)到死水位3 212.5 m、溢洪道堰頂高程3 227.0 m和防洪限制水位3 233.0 m的時(shí)間。

四、水庫初期蓄水計(jì)算

由于初期蓄水時(shí)長往往不超過一個(gè)水文年，因此以月為單位對水庫來水進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)，為了既能體現(xiàn)每月來水的代表性，同時(shí)又體現(xiàn)出蓄水期來水的整體性，采取下列公式對蓄水期內(nèi)每月入庫來水進(jìn)行計(jì)算：

式中，p為頻率，n為連續(xù)蓄水月份，Qp,n為初期蓄水計(jì)算時(shí)采用頻率為P的第n個(gè)月的計(jì)算入庫流量，為對第 1～n 月來水之和排頻后對應(yīng)的頻率為P時(shí)的流量。

將上述公式運(yùn)用于小中甸水利樞紐，以方案一為例，水庫在7月蓄水，9月前達(dá)到堰頂高程，故對7—9月共3個(gè)月的來水進(jìn)行分析。7月來水流量直接采用7月相應(yīng)頻率對應(yīng)流量，8月采用的計(jì)算入庫流量為相應(yīng)頻率7、8月流量之和減去7月入庫流量，9月采用的計(jì)算入庫流量為相應(yīng)頻率的7、8、9月流量之和減去 7、8月流量之和。如P=75%的7—9月的計(jì)算入庫流量計(jì)算公式為：

式中：Q75%，7、Q75%，8、Q75%，9為 7、8、9 月份計(jì)算采用的頻率為75%的計(jì)算入庫流量，（Q7）75%為實(shí)測長系列中 7 月份頻率為 75%的流量，（Q7+8）75%為實(shí)測長系列中7、8月份流量之和對應(yīng)頻率為 75%的流量，（Q7+8+9）75%為實(shí)測長系列中7、8、9月份流量之和對應(yīng)頻率為75%的流量。

以上述公式計(jì)算水庫入庫來水流量，并以此計(jì)算蓄水過程。按照計(jì)算入庫來水流量、最小下泄流量、蓄水條件和蓄水方案進(jìn)行水庫初期蓄水計(jì)算，計(jì)算成果見表3。

根據(jù)上表計(jì)算結(jié)果，水庫初期蓄水方案二優(yōu)于方案一。按施工進(jìn)度，推薦方案二中的2014年7月21日—8月1日導(dǎo)流洞下閘時(shí)間，最晚下閘時(shí)間不宜晚于8月11日。

五、水庫初期蓄水方案推薦

本工程水電機(jī)組裝機(jī)2臺(tái)，根據(jù)工程進(jìn)度，計(jì)劃2014年8月底和9月底2臺(tái)機(jī)組分別具備發(fā)電條件。8月底前水庫初期蓄水位應(yīng)達(dá)到死水位3 212.5 m，水庫蓄水位達(dá)到死水位后仍將被迫抬升庫水位到溢洪道堰頂高程3 227.0 m。水庫蓄水前溢洪道閘門未安裝的蓄水方案，水庫初期最高蓄水位實(shí)際為溢洪道堰頂高程3 227.0 m。蓄水前溢洪道閘門已安裝并具備正常運(yùn)用的蓄水方案，水庫2014年汛期 （7月1日—9月31日）最高蓄水位采用汛期限制水位3 233.0 m，10月1日以后可蓄水至正常蓄水位3 235.0 m。

2014年導(dǎo)流洞閘門下閘前主要工程應(yīng)達(dá)到的形象面貌要求如下述。

表3 水庫初期蓄水計(jì)算成果

1.水庫初期蓄水方案一：溢洪道閘門汛后（10月1日以后）安裝

①擋水工程?；炷林鲏喂?個(gè)壩段，#1、#5、#8壩段澆筑至壩頂3 237.00 m高程，其他壩段澆筑至3 234.00 m高程；混凝土副壩共5個(gè)壩段，#1、#5壩段澆筑至壩頂3 237.00高程，其他壩段澆筑至3 233.80 m高程；完成主、副壩固結(jié)灌漿全部工作；完成主、副壩全部壩基及壩肩防滲與排水工作；完成主壩河床內(nèi)塔機(jī)拆除，上游圍堰拆除。

②引水發(fā)電工程。完成進(jìn)水塔所有混凝土澆筑施工，進(jìn)水塔塔身澆筑至高程3 238.20 m；啟閉機(jī)排架柱澆筑至高程3 250.00 m，完成橋墩及橋臺(tái)混凝土澆筑施工，澆筑至高程3 238.20 m，完成攔污柵及檢修閘門二期混凝土施工；完成進(jìn)水塔鋼橋安裝施工，并完成引水渠及左右八字墻混凝土施工。這些工程都已通過驗(yàn)收。

完成進(jìn)水塔檢修閘及攔污柵門槽埋件安裝，并完成進(jìn)水塔啟閉機(jī)安裝、檢修閘門安裝和攔污柵安裝施工，具備擋水條件，并通過驗(yàn)收。

③放水、泄水工程。主壩1條初期蓄水壩底埋管、3條生態(tài)基流放水管具備過水條件。

2014年導(dǎo)流洞下閘后，壩體防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇設(shè)計(jì)、100年一遇校核，導(dǎo)流洞下閘后若遇100年一遇洪水，壩前水位將高于溢洪道堰頂高程3 227.00 m，因此表孔溢洪道應(yīng)具備泄流條件。

④完成#1、#3、#4邊坡治理與加固工程。

⑤正常蓄水位 （考慮浸沒影響）以下庫區(qū)移民搬遷、專項(xiàng)遷建、庫區(qū)清理等全部完成，并經(jīng)驗(yàn)收。

⑥導(dǎo)流洞封堵施工準(zhǔn)備就緒。

2.水庫初期蓄水方案二：蓄水前溢洪道閘門具備正常運(yùn)用條件

①導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門下閘前工程應(yīng)達(dá)到的形象面貌同前所述，其中溢洪道壩段2014年6月22日澆筑到壩頂。

②溢洪道閘門于2014年7月15日前安裝、調(diào)試完成，具備正常運(yùn)用條件。

2014年汛期水庫初期蓄水的起始水位為導(dǎo)流洞進(jìn)口高程3 192.0 m。蓄水期由放水管放最小流量2.84m3/s。

水庫初期蓄水方案一：溢洪道閘門2014年汛后 （10月1日以后）安裝，汛期（7月1日—9月31日）溢洪道敞開泄洪。遇75%的枯水來水情況，水庫蓄水8月底達(dá)到死水位3 212.5 m，9月底達(dá)到溢洪道堰頂高程3 277.0 m，導(dǎo)流洞最晚下閘時(shí)間為2014年8月11日。

水庫初期蓄水方案二：溢洪道閘門在導(dǎo)流洞閘門下閘前安裝調(diào)試完畢，具備正常運(yùn)用條件。汛期最高蓄水位為防洪限制水位3 233.0 m。汛后可蓄水至正常蓄水位3 235.0 m。遇75%的枯水情況，按7月21日—8月1日導(dǎo)流洞閘門下閘計(jì)算水庫蓄水，達(dá)到死水位3 212.5 m的時(shí)間為8月6日—8月15日、達(dá)到溢洪道堰頂高程3 227.0 m的時(shí)間為9月6日—9月19日、達(dá)到防洪限制水位3 233.0 m的時(shí)間為9月27日—10月12日；7月21日下閘，10月21日可達(dá)到正常蓄水位，8月1日下閘，10月底可達(dá)到3 234.1 m。

本工程布設(shè)1孔溢洪道，水電機(jī)組裝機(jī)2臺(tái)。根據(jù)工程進(jìn)度，計(jì)劃2014年8月底和9月底2臺(tái)機(jī)組分別具備發(fā)電條件。8月底前水庫初期蓄水位應(yīng)達(dá)到死水位3 212.50 m以上。為盡可能增加本電站和梯級電站發(fā)電效益，汛期應(yīng)盡可能抬高水庫蓄水位。根據(jù)計(jì)算的水庫初期蓄水方案，溢洪道閘門在水庫初期蓄水前安裝并具備正常運(yùn)用條件對水庫初期蓄水是有利的，開始蓄水時(shí)間最早為7月21日，最晚為8月11日。根據(jù)當(dāng)時(shí)工程面貌和后續(xù)工程安排，推薦蓄水方案二中的2014年7月21日到8月1日導(dǎo)流洞下閘的水庫初期蓄水方案是合適的。 ■