梁現(xiàn)培，鄔 志，蔡建國，鄧 淵，張志鵬

(中國電建集團華東勘測設計研究院，浙江 杭州 311122)

水電開發(fā)不可回避帶來不利的生態(tài)影響，包括河道減水對下游水生生態(tài)的影響、大壩阻隔對魚類的影響、水庫下泄低溫水影響、庫區(qū)水文情勢改變對水生生態(tài)、陸生生態(tài)影響等。其中河道減水相關的下泄生態(tài)環(huán)境流量問題一直備受關注。

西部某水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內，距巧家縣城45 km，工程樞紐攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程834 m，最大壩高289 m。

1 施工導流方案和問題提出

本工程施工導流采用全年斷流圍堰、隧洞導流方式[1]。施工導流階段劃分為初期導流、中期導流和后期導流三個階段。

1)初期導流階段——圍堰擋水，導流洞導流。設計洪水標準50年一遇，Qp=2%=28 700 m3/s，上游圍堰堰頂高程658 m，下游圍堰堰頂高程628 m，1～4號導流洞進口底板高程585 m，5號導流洞進口底板高程605 m，出口高程均為574 m。

2)中期導流階段——大壩封拱灌漿超過堰頂高程，壩體具備擋水條件，導流洞部分下閘至全部導流洞下閘之前，Qp=1%=31 100 m3/s。

3)后期導流階段——仍由壩體擋水，從全部導流洞下閘封堵至全部導流泄水建筑物封堵，Qp=0.5%=33 400 m3/s。

該水電站工程導流泄水建筑物較為復雜。左、右岸分別布置3條和2條導流洞，參與初中期導流，洞室斷面17.5 m×22 m(寬×高)，布置如圖1所示；壩體設置6個導流底孔，參與中后期導流，底檻高程均為630.00 m，1～5號導流底孔孔口尺寸為5.5 m×10 m，孔身斷面尺寸為5.5 m×11 m；6號導流底孔孔口尺寸為5 m×7 m，孔身斷面尺寸為5 m×10.5 m。壩身布置6個表孔和7個深孔，參與后期導流，布置如圖2所示。表孔堰頂高程810.00 m，孔口斷面尺寸為14 m×15 m；深孔布置在表孔閘墩下方，底檻高程為726.11～714.18 m，孔口尺寸5.5 m×8 m。

圖1 導流洞平面布置圖

圖2 大壩壩身導流底孔、泄洪深孔、泄洪表孔立面布置圖

導流洞封堵之后，水庫水位未到達導流底孔進口高程前，工程的下泄流量減小，甚至完全斷流，會對下游生態(tài)環(huán)境造成的影響。為此需要考慮河道生態(tài)流量，針對施工導流過程展開仔細研究，建立合理的導流泄水建筑物下閘方案。

2 導流泄水建筑物封堵期間下游供水要求

經調查，本工程電站壩址下游-下游水電站水庫汛限水位時的庫尾區(qū)間段內沒有從河道取水的設施，無工、農業(yè)和生活用水要求。因此，壩下河段生態(tài)需水主要考慮維持金沙江干流水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和維持河流水環(huán)境質量的水量，施工期間下游河道不允許出現(xiàn)脫水情況。

關于生態(tài)流量泄放，要求初期蓄水期間應通過優(yōu)化下游電站運行調度，保證下游電站水庫運行水位與本工程壩址尾水相銜接，在水位銜接情況下，按640 m3/s流量下泄，水位不銜接時，按1 160 m3/s流量下泄。

3 考慮河道生態(tài)流量的導流洞與導流底孔下閘封堵方案研究

3.1 導流洞下閘方案

導流洞與導流底孔下閘過程中，為同時滿足下游供水要求(生態(tài)流量需求)，進行了下閘程序分析[2-4]。根據(jù)施工進度安排，第11年4月中旬水庫蓄水前，必須封堵5條導流洞，考慮到導流洞有5個堵頭的施工和尾水隧洞的改建項目，工作面多，工序復雜、施工干擾突出、施工條件差，為減小施工強度，推薦導流洞分批下閘封堵方案。

第一批1、5號導流洞下閘后，仍有2～4號導流洞泄流。第二批2～4號導流洞計劃于第10年11月中旬下閘，導流洞下閘過程中既要考慮下閘難度，又要考慮下游生態(tài)流量，因此需研究導流洞的下閘程序，為此研究了3條洞同時下閘、2號洞下閘后再下閘3、4號洞和逐次下閘等3個下閘程序方案，比較成果見表1。

表1 第二批導流洞(2～4號)下閘程序比較表

由表1可知，三個下閘方案均存在導流洞下閘后下游斷水現(xiàn)象，但斷水時間很短，斷水時間均小于10 h，且各下閘方案斷水歷時相差不大?？紤]到屆時下游水電站已正常運行，而11月份下游水電站水庫運行水位達600.00 m，大壩下游水位已高于天然河道水位。因此短暫的斷水，不會造成下游河道脫水問題，逐次下閘方案的4號導流洞下閘水頭明顯大于另兩個下閘方案，下閘難度更大。但考慮到本工程第二批2～4號導流洞下閘時，上游電站已投產運行，可短時間控制下泄流量，滿足最后一條導流洞下閘時的水頭控制要求，為盡可能減少斷水時間，滿足生態(tài)流量泄放要求，選擇逐次下閘程序方案。

表2 導流洞下閘、封堵程序表

3.2 導流底孔下閘方案

導流底孔均布置在壩體630.00 m高程，6個導流底孔封堵閘門均采用鋼閘門，其中只有6號導流底孔為滿足下泄生態(tài)流量要求，在出口設置弧形閘門控制泄流。因此6號導流底孔安排在最后下閘，1～6號導流底孔整體下閘順序按照左右岸基本對稱的原則，首先1號孔和5號孔同時下閘、再逐個下閘3、4、2號孔，最后由6號孔出口弧門按生態(tài)流量下泄。

第10年11月中旬2～4號導流洞下閘至第11年4月導流洞堵頭施工期，受導流洞封堵閘門允許擋水水頭及庫區(qū)移民搬遷進度控制，庫水位須控制在660.35 m以下。而為了滿足水庫蓄水及首批機組發(fā)電要求，第11年5月底水庫水位需要上升至760.0 m。

一方面蓄水進度要求盡快達到發(fā)電高程，另一方面，4月上旬下游水電站壩前水庫平均運行水位僅為564.1 m(壩址處河底高程為575 m左右)，如果完全下閘蓄水，壩址下游河床存在脫水段，不滿足環(huán)評要求。

因此必須考慮導流底孔下閘水頭的可行性、下游生態(tài)流量限制要求、水庫蓄水進度節(jié)點、下游水庫運行水位等條件，設計和研究導流底孔的下閘程序?？紤]上述邊界條件，擬定如下兩個導流底孔下閘過程中生態(tài)流量泄放方案：

1)導流底孔下閘程序方案一。不考慮下游電站庫水位與本工程尾水銜接條件。從導流底孔下閘開始至壩體深孔滿足運行期生態(tài)流量1 160 m3/s為止，力爭全程按1 160 m3/s下泄。據(jù)此思想，擬定導流底孔下閘程序。

1、5、4、3號導流底孔分批次下閘過程中，由剩余導流導流底孔敞泄，可滿足1 160 m3/s流量下泄要求。2號導流底孔下閘前，需6號底孔單孔泄量達到1 160 m3/s，相應要求大壩上游水位到708.4 m，由于1～5號導流底孔啟閉機平臺高程為691 m，為不淹啟閉機平臺，2號導流底孔需在大壩上游水位蓄至691 m之前下閘，考慮一定的安全余度，編制了2號孔在水位上升至688.0 m和680.0 m時下閘兩個方案。兩方案下閘水位對應的6號導流底孔的敞泄流量分別為980.4 m3/s和900.3 m3/s。此時上游相鄰水電站已發(fā)電，若按上游水電站滿發(fā)流量計算，本工程大壩上游水位從688.0、680.0 m蓄至708.4 m分別約為2 d和2.6 d；多年平均流量情況下，約10 d?？紤]降低下閘難度，2號底孔選用680 m下閘方案。2號底孔下閘后，大壩上游水位繼續(xù)蓄水至708.4 m，6號底孔下泄流量達到1 160 m3/s，6號底孔出口弧門開始控制下泄流量保持在1 160 m3/s。水位繼續(xù)上升至724.0 m時，由6號底孔和泄洪深孔聯(lián)合控制下泄流量保持在1 160 m3/s。水位繼續(xù)上升至732.04 m，此時泄洪深孔下泄流量達到1 160 m3/s，關閉6號底孔出口弧門，然后靜水下閘6號底孔進口閘門。第11年11月中旬開始進行1～6號導流底孔的封堵。方案一的1～6號導流底孔下閘過程及泄量變化見表3。

表3 方案一導流底孔下閘、封堵程序表

2)導流底孔下閘程序方案二。考慮下游電站庫水位與本工程尾水銜接條件。下游水電站庫水位在580 m以上時，壩址下游河道不會斷流，可按640 m3/s下泄，當下游水電站庫水位消落至580 m以下時，按1 160 m3/s下泄。

2號導流底孔需在6號底孔單孔下泄流量達到640 m3/s以后下閘，查6號底孔泄流曲線，相應大壩上游水位658.8 m，低于2號底孔啟閉機平臺高程691 m，具備下閘條件。在大壩上游水位蓄至658.8 m時2號底孔下閘，6號底孔出口弧門按流量640 m3/s控制下泄；當下游水電站庫水位消落至580 m以下時，6號底孔按1 160 m3/s下泄，根據(jù)蓄水過程，下游水電站庫水位從598 m開始消落至580 m的時間約為25 d，按多年平均來流量測算，此時上游水位已蓄至728.18 m，泄洪深孔也已參與過流，滿足6號底孔與深孔聯(lián)合控泄1 160 m3/s的最低水位要求；6號底孔與泄洪深孔按1 160 m3/s流量控泄，水位繼續(xù)上升至732.05 m，此時泄洪深孔下泄流量達到1 160 m3/s，關閉6號底孔出口弧門，然后靜水下閘6號底孔進口封堵閘門，第11年11月中旬開始進行1～6號導流底孔的封堵。方案二的1～6號導流底孔詳細下閘過程及下泄流量變化見表4。

3.3 小 結

方案一不考慮下游水電站庫水位條件，在多年平均流量情況下，約有10 d內下泄流量在900～1 160 m3/s之間，略低于1 160 m3/s；若能協(xié)調上游水電站在此時段內機組滿發(fā)，則下泄流量低于1 160 m3/s的時間僅為2.6 d，基本上可實現(xiàn)全程按1 160 m3/s流量下泄。方案二考慮了下游水電站庫水位與本工程尾水銜接的情況，泄量約束更為寬松，可滿足生態(tài)流量要求。具體實施過程中，可根據(jù)下游水電站庫水位實際情況進行決策，選擇既有利于工程蓄水，同時也能滿足生態(tài)流量要求的導流底孔下閘封堵方案。

4 結 語

水電站導流建筑物下閘過程中需要綜合考慮蓄水進度、下閘難度、下游供水、施工組織、生態(tài)流量、上游電站出力和泄流以及下游電站運行水位等條件和要求，研究選擇導流泄水建筑物的下閘封堵程序。本文結合西部某水電站導流，主要考慮下閘難度和生態(tài)流量選擇了逐個下閘導流洞的方案；考慮蓄水進度、下閘難度、生態(tài)流量、上游電站泄量等條件，區(qū)分下游電站水位情況給出了兩個導流底孔下閘方案。對大型水利水電工程的建設技術與生態(tài)文明兼顧融合有一定的參考意義。