夾巖水利樞紐工程初期蓄水生態(tài)流量泄放方案研究

張飛　文志穎

摘要：為解決水利水電工程初期蓄水階段泄放生態(tài)流量問題，研究制定泄放生態(tài)流量措施，結(jié)合夾巖水利樞紐工程，采用對比分析方法，從工程投資大小、工期長短及下閘程序復(fù)雜程度3個方面，對比分析泵站提水和在導(dǎo)流洞一期堵頭預(yù)埋生態(tài)管泄放生態(tài)流量2種方案，最終選擇采用在導(dǎo)流洞一期堵頭中預(yù)埋生態(tài)管泄放生態(tài)流量的方案。結(jié)果表明：該方案投資增加不大、施工工期影響較小。研究成果可為類似水利水電工程選擇初期蓄水泄放生態(tài)流量措施提供參考。

關(guān)鍵詞：初期蓄水； 生態(tài)流量； 泄放措施； 夾巖水利樞紐工程

中圖法分類號：TV61 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.04.019

文章編號：1006-0081（2024）04-0117-04

0 引 言

水利水電工程初期蓄水階段（水庫下閘蓄水水位上升至工程永久生態(tài)流量泄放設(shè)施高程期間），若不采取工程措施，將造成下游河道斷流脫水，影響下游河道生態(tài)環(huán)境。生態(tài)流量是維系河湖生態(tài)功能、控制水資源開發(fā)強度的重要指標(biāo)。保障河湖生態(tài)流量，事關(guān)水安全保障和生態(tài)文明建設(shè)［1］。

目前，水利水電工程初期下閘蓄水階段泄放生態(tài)流量的工程措施主要有以下4種［2］：① 泵站提水，適用于生態(tài)流量小、提水揚程變幅小的工程；② 在導(dǎo)流洞底部或側(cè)墻部位預(yù)埋生態(tài)管，適用范圍廣，但與導(dǎo)流洞施工產(chǎn)生干擾，影響導(dǎo)流洞施工進度，進而影響工程截流工期；③ 單獨修建生態(tài)洞泄放生態(tài)流量，適用于泄放生態(tài)流量大的工程，但對擋水閘門及啟閉設(shè)備要求高；④ 生態(tài)洞聯(lián)合導(dǎo)流洞泄放生態(tài)流量，同樣適用于泄放生態(tài)流量大的工程，但生態(tài)洞或?qū)Я鞫炊骂^段需埋設(shè)放水管且需分段實施，堵頭施工工期長、風(fēng)險大，生態(tài)洞修建投資大。

本文結(jié)合夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡稱“夾巖水利樞紐工程”），從工程投資大小、工期長短、下閘程序復(fù)雜等方面，采用對比分析方法，為工程施工圖階段提供合理的生態(tài)流量泄放方案。

1 工程概況

夾巖水利樞紐工程所在六沖河為烏江上游右岸最大一級支流，是長江上游重要的生態(tài)屏障［3-4］。為協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境保護與經(jīng)濟社會發(fā)展之間的關(guān)系，最大限度減少初期蓄水對下游環(huán)境的不利影響，研究夾巖水利樞紐工程初期蓄水泄放生態(tài)流量方案對提高水庫下游生態(tài)用水保障和改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義［4］。

夾巖水利樞紐工程由水庫工程、畢大供水工程、灌區(qū)骨干輸水工程三大部分組成。工程任務(wù)以供水和灌溉為主，兼顧發(fā)電，并為區(qū)域扶貧開發(fā)及改善生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件。大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 328.0 m，最大壩高154.0 m，壩頂長428.93 m。放空洞布置在左岸，隧洞采用圓形斷面，洞徑為5.0 m，長750 m，進口底板高程1 242 m。導(dǎo)流洞布置于河床左岸，洞身長1 440.12 m，為城門洞形，設(shè)計洞徑6.0 m×8.0 m，中心角120°，進口底板高程1 217.00 m，出口底板高程1 210.00 m，縱坡坡度為0.4%，為有壓流隧洞。初期生態(tài)放水兼導(dǎo)流洞布置在河道左岸，洞身長748.49 m，為城門洞形，設(shè)計洞徑3.0 m×4.5 m，中心角122°，進口底板高程1 217.00 m，出口底板高程1 210.00 m，縱坡坡度為0.94%，為有壓流隧洞。

2 生態(tài)流量確定

夾巖水利樞紐工程下游無生活用水取水口，河道無航運功能，因此，壩址下游下泄生態(tài)流量應(yīng)滿足下游河道生態(tài)需水、景區(qū)旅游、景觀用水及下游河道環(huán)境用水要求。壩址多年平均流量如表1所示。

根據(jù)GB/T 25173-2010《水域納污能力計算規(guī)程》，壩址下游河段納污能力計算以90%最枯月為設(shè)計水文條件，即環(huán)境用水量為12.10 m3/s。通過對水文學(xué)方法［5-6］（Tennant法、90%保證率法、實測最小流量法）、生態(tài)流量力學(xué)法確定的河道生態(tài)需水量，九洞天旅游、景觀用水及環(huán)境用水進行對比分析，采用外包法，推薦采用壩址90%保證率、最小月均流量12.10 m3/s為壩下最小下泄流量。

3 初期蓄水泄放生態(tài)流量方案

3.1 初設(shè)階段方案

初步設(shè)計階段蓄水考慮利用生態(tài)放水兼導(dǎo)流洞封堵體預(yù)埋1 m生態(tài)管泄放生態(tài)流量。施工圖階段對生態(tài)管過流能力進行復(fù)核，單根生態(tài)管管徑為1 m，按以下公式［7］進行過流能力復(fù)核：

由表2可知，從起調(diào)高程1 219.20 m至放空洞底板高程1 242.00 m，生態(tài)管下泄流量為3.39～12.62 m3/s。該方案在1 240.00 m水頭作用下，能夠滿足泄放生態(tài)流量12.10 m3/s的要求，但在初期蓄水短期時間內(nèi)達不到泄放生態(tài)流量要求。

3.2 施工圖階段方案

初設(shè)階段對泄放生態(tài)流量重要性認識不夠，設(shè)計時主要考慮水庫下閘初期水位上升速度快的因素，隨著庫水位抬升，下泄流量逐漸增大，初期蓄水河床不存在脫流現(xiàn)象，認為短時間不滿足12.10 m3/s 生態(tài)流量，對下游生態(tài)影響不大。

在施工圖階段，為了解決夾巖水利樞紐工程初期蓄水泄放生態(tài)環(huán)境流量短期內(nèi)不能滿足12.10 m3/s的問題，更好地保護六沖河生態(tài)環(huán)境，減緩初期蓄水對下游水生生態(tài)環(huán)境的不利影響，需對初期蓄水泄放生態(tài)流量方案進行調(diào)整。

（1） 方案一。在不改變原下閘程序的基礎(chǔ)上，采用泵站提水至放空洞泄放生態(tài)流量的方式補充生態(tài)流量。根據(jù)表2初設(shè)階段生態(tài)管泄流流量表，最小下泄流量為3.39 m3/s，為達到12.10 m3/s生態(tài)流量，需采用泵站提水，提水流量8.71 m3/s。泵站提水時間為庫蓄水水位1 219.20～1 240.00 m期間，放空洞底板高程為1 242.00 m，對應(yīng)泵站凈揚程22.80～2.00 m，提水流量8.71～0.00 m3/s。

由于泵站揚程、流量變化范圍較大，設(shè)計布置考慮采用3種泵站提水方式：① 地面固定式泵站；② 深井泵站；③ 浮船式泵站。根據(jù)綜合比選，地面式泵站、深井泵土建投入量較大，工期相對較長，且后期拆除困難，重復(fù)使用率較低；浮船式泵站一次投入相對較多，但后期拆除利用率高，施工快捷。推薦泵站提水方案采用浮船式泵站。

（2） 方案二。改變原下閘程序及切換泄流通道，在導(dǎo)流洞一期封堵體中埋設(shè)一根1.5 m生態(tài)管泄放生態(tài)流量［8］。初期蓄水下閘封堵程序如下：① 下閘導(dǎo)流洞閘門進行導(dǎo)流洞臨時堵頭施工及閥門、生態(tài)鋼管的安裝；② 提起導(dǎo)流洞閘門；③ 生態(tài)放水兼導(dǎo)流洞下閘進行生態(tài)放水兼導(dǎo)流洞永久封堵體施工；④ 水庫進行初期蓄水、由導(dǎo)流洞一期堵頭預(yù)埋生態(tài)管泄放生態(tài)流量；⑤ 初期生態(tài)放水兼導(dǎo)流洞一期堵頭具備擋水條件，關(guān)閉放空洞閘門；⑥ 水庫蓄水位至泄洪洞高程后，關(guān)閉預(yù)埋生態(tài)管閥門，利用導(dǎo)流洞一期堵頭擋水，進行導(dǎo)流洞二期堵頭施工；⑦ 初期蓄水正式完成。

導(dǎo)流洞下閘后至生態(tài)放水兼導(dǎo)流洞下閘前，由生態(tài)放水兼導(dǎo)流洞進行臨時導(dǎo)流，結(jié)合現(xiàn)場實際施工進度計劃，導(dǎo)流洞于10月初下閘，10月月平均流量為63.30 m3/s，對應(yīng)上游水位為1 222.93 m，導(dǎo)流洞封堵段底板高程為1 212.66 m，生態(tài)管安裝中心高程為1 214.46 m。生態(tài)管埋設(shè)布置如圖1所示。

按照公式（1）對直徑1.5 m生態(tài)管過流能力進行復(fù)核，直徑1.5 m生態(tài)管在上游水位1 222.93 m條件下對應(yīng)的下泄流量為16.63 m3/s，滿足12.10 m3/s 生態(tài)流量下泄要求。

3.3 方案比選

施工圖階段為確保夾巖水利樞紐工程初期蓄水泄放生態(tài)流量一直滿足12.10 m3/s要求，主要考慮采用泵站提水補充和導(dǎo)流洞一期堵頭預(yù)埋生態(tài)管兩種方案。從施工工期、新增投資及下閘程序3個方面對兩種方案進行比較分析，具體見表3。

通過對比分析，方案二在施工準(zhǔn)備期需增加工期一個月，對整個工程下閘影響不大，且投資增加較少，同時能滿足泄放生態(tài)流量要求，因此推薦方案二作為夾巖水利樞紐工程初期蓄水泄放生態(tài)流量方案。

4 方案實施

導(dǎo)流洞于2021年9月下旬下閘，11月下旬完成導(dǎo)流洞一期堵頭施工及生態(tài)管安裝，12月上旬提起導(dǎo)流洞擋水閘門，關(guān)閉生態(tài)放水兼導(dǎo)流洞閘門，對生態(tài)放水兼導(dǎo)流洞進行封堵施工，期間生態(tài)流量從生態(tài)管泄放。初期蓄水期間對泄放生態(tài)流量監(jiān)測，泄放流量為12.83 m3/s，滿足工程初期蓄水生態(tài)流量要求。

5 結(jié) 論

（1） 水利水電工程初期蓄水泄放生態(tài)流量對加強壩址下游生態(tài)用水保障和改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。針對不同的工程采用不同的生態(tài)流量泄放措施，如泵站提水泄放生態(tài)流量或旁通管泄放生態(tài)流量、生態(tài)洞泄放生態(tài)流量等。選擇適宜的生態(tài)流量泄放措施對工程初期蓄水泄放生態(tài)流量起到事半功倍的效果。

（2） 夾巖水利樞紐工程初設(shè)階段，初期蓄水泄放采用在生態(tài)放水兼導(dǎo)流洞一期堵頭中預(yù)埋生態(tài)管泄放生態(tài)流量，然而，在上游水位1 219.20～1 242.00 m期間，此措施短時間內(nèi)不滿足生態(tài)流量泄放。

（3） 施工圖階段從施工工期影響、工程投資及蓄水程序難易程度3個方面對比分析泵站提水和導(dǎo)流洞一期堵頭預(yù)埋生態(tài)管2種方案，最終選擇采用投資增加不大、施工工期影響較小、在導(dǎo)流洞一期堵頭中預(yù)埋生態(tài)管泄放生態(tài)流量的措施。

實踐證明該方案經(jīng)濟可行，研究成果可為今后類似工程選擇初期蓄水泄放生態(tài)流量措施提供參考。

參考文獻：

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（編輯：張 爽）

Study on ecological discharge measures for initial impoundment of Jiayan Water Project

ZHANG Fei，WEN Zhiying

（Guizhou Water & Power Survey-Design Institute Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China）

Abstract： In order to solve the problem of lower ecological flow in the initial water storage stage of hydraulic and hydropower projects and to propose ecological discharge measures， we combined with the Jiayan Water Project， adopted the comparative analysis method， compared and analyzed the two schemes of water pumping station and lower ecological flow in the first phase of diversion tunnel from project investment size， project duration and complexity of the sluice procedure three aspects. The final choice was to adopt the measure of ecological flow released by pre-buried ecological pipe in the plug of the first phase of the diversion hole. The results showed that the programme had resulted in little additional investment and minimal impact on the construction period. The research results can provide a reference for similar hydropower projects to choose measures of releasing ecological flow in the initial water storage.

Key words： reservoir initial filling; ecological flow; decentralization measure; Jiayan Water Project

收稿日期：2023-10-13

作者簡介：張 飛，男，高級工程師，碩士，主要從事水利水電工程設(shè)計研究工作。E-mail：348835039@qq.com