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        龍開口水電站初期下閘蓄水規(guī)劃設(shè)計與實施

        2015-01-16 11:40:40董寶順任金明呂國軒陳曉芬
        大壩與安全 2015年2期
        關(guān)鍵詞:底孔蓄水導(dǎo)流

        董寶順,任金明,呂國軒,陳曉芬

        (中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司,浙江 杭州,310014)

        0 前言

        龍開口水電站位于金沙江中游、云南大理州與麗江市交界的鶴慶縣朵美鄉(xiāng)龍開口村河段上,電站距鶴慶縣城現(xiàn)有公路里程約100 km,是金沙江中游河段規(guī)劃的8個梯級電站中的第6級,上距金安橋水電站41.4 km,下距魯?shù)乩娬?9.5 km,工程規(guī)模為大(1)型,電站正常蓄水位1 298.00 m,死水位1 290.00 m,總裝機(jī)容量1 800 MW(5×360 MW),正常蓄水位對應(yīng)的庫容為5.07億m3。

        龍開口水電站采用全年圍堰、左岸明渠導(dǎo)流方案。設(shè)計對施工導(dǎo)流相關(guān)的明渠布置、水工水力學(xué)、水工結(jié)構(gòu)、閘門振動等問題開展了深入研究,提出了合理的初期下閘蓄水方案。經(jīng)研究分析,采用導(dǎo)流底孔閘門局部開啟的過流方式,下泄環(huán)保流量,滿足環(huán)保要求。

        1 水庫初期蓄水規(guī)劃設(shè)計

        1.1 蓄水方案擬定

        根據(jù)工程的施工進(jìn)度計劃,2012年12月底首臺機(jī)組發(fā)電,由于機(jī)組需要一定的調(diào)試時間,水庫應(yīng)盡早下閘蓄水至死水位,才能保證年底發(fā)電的計劃順利實現(xiàn)。綜合考慮上游入庫流量的不確定性,對2012年11月上旬、中旬、下旬三個下閘時間進(jìn)行下閘蓄水分析。至首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電前,分階段由導(dǎo)流底孔、沖沙底孔和泄洪中孔組合方式向下游放水,以滿足下游380 m3/s環(huán)保用水要求。

        1.2 水庫初期蓄水原則

        根據(jù)分析,龍開口水庫初期蓄水遵循以下原則:(1)初期蓄水考慮水庫蓄水至死水位1 290.00 m;(2)在確保水庫蓄水期間工程安全及庫岸穩(wěn)定要求的前提下,使水庫盡可能多蓄水;(3)水庫蓄水期間需要下泄一定的流量,以滿足下游綜合用水的基本需求;(4)結(jié)合各閘門下閘的技術(shù)要求,蓄水方案要做到技術(shù)上可行,并具有可操作性。

        1.3 導(dǎo)流底孔下閘蓄水程序

        導(dǎo)流底孔下閘蓄水前參與導(dǎo)流的泄水通道為2個導(dǎo)流底孔、1個沖沙底孔、4個泄洪中孔和5個溢流表孔。導(dǎo)流底孔下閘蓄水后泄水通道為1個沖沙底孔、4個泄洪中孔、5個溢流表孔及發(fā)電機(jī)組。

        為滿足導(dǎo)流底孔下閘時向下游下泄380 m3/s生態(tài)流量的要求,推薦下閘程序為:首先將1號導(dǎo)流底孔閘門一次下閘至1 214.50 m高程,上游來水全部由2號導(dǎo)流底孔下泄。為滿足下游環(huán)保流量要求,需分2步將2號導(dǎo)流底孔閘門沉放到位:首先將2號導(dǎo)流底孔閘門下閘至1 217.50 m高程待命,閘門局部開啟下泄環(huán)保流量;待上游水位上升至1 240.50 m時,4個泄洪中孔和1個沖沙底孔的下泄流量可滿足環(huán)保流量要求,此時打開4個泄洪中孔和1個沖沙底孔,同時將2號導(dǎo)流底孔閘門下閘至1 214.50 m高程,2個導(dǎo)流底孔閘門下閘完成。2個導(dǎo)流底孔閘門下閘完成后,水庫初期蓄水期間由泄洪中孔和沖沙底孔組合方式向下游泄放380 m3/s流量,以滿足下游河道生態(tài)流量的要求。

        圖1 下閘蓄水時泄水通道上游視圖Fig.1 View of drain channel upstream in impoundment period

        1.4 閘門局部開啟模型試驗研究

        推薦下閘程序中采用了閘門局部開啟的運(yùn)行工況,為保證此方案安全可靠,更好地掌握導(dǎo)流底孔閘門局部開啟時的泄流能力和空化空蝕特性,進(jìn)行了專項模型試驗研究。試驗研究成果如下:

        (1)在控泄工況下,導(dǎo)流底孔下泄流量能滿足下游供水要求,閘門局部開啟范圍小,各試驗工況的流量系數(shù)差別不大。

        (2)閘門開度小,門后導(dǎo)流底孔洞身段全流程均為明流。

        (3)封堵門下游自由出流,閘孔泄流能力、閘門動力荷載和流激振動基本不受下游流態(tài)變化影響。

        (4)控泄工況下運(yùn)行,因流速不大,導(dǎo)流底孔洞身段不致造成水流空化和空蝕。

        (5)封堵門采用后止水,后門槽空間較小,槽內(nèi)動水壓力最大。在控泄工況下,門槽內(nèi)無大的漩渦出現(xiàn),閘門側(cè)水流往中偏轉(zhuǎn)有“聚中”現(xiàn)象。

        (6)門槽段水流空化空蝕與運(yùn)行庫水位和閘門開度有以下關(guān)系:①門槽段不致發(fā)生水流空化空蝕的條件:在控泄既定閘門開度下,若控泄水頭差△H<20.00 m,門槽段不致發(fā)生空化和空蝕;最高控泄水位H上=1 244.50 m工況,閘門開度e<2.50 m,門槽段不致發(fā)生空化和空蝕;②門槽段可能發(fā)生一定程度的水流空化空蝕的條件:在水庫控泄水位H上=1 236.50~1 244.50 m 和閘門開度e=2.50~4.00 m時,門槽段可能發(fā)生一定程度的空化空蝕;③在水位高、水頭差大情況下,閘門采用小開度運(yùn)行,將有利于減小門槽段水流空化空蝕;閘門按“高水位,小開度”和“低水位,大開度”操作,對減少水流空化空蝕有利。

        導(dǎo)流底孔前水位維持在下閘設(shè)計控泄水位時,閘門不同開度時的水流流態(tài)見圖2。

        圖2 閘門開度e=3.0 m和e=1.0~1.5 m閘下水流流態(tài)Fig.2 Flowregimeundersluicegatewithe=3.0m,1.0~1.5 m

        1.5 初期蓄水分析

        根據(jù)龍開口水電站施工進(jìn)度計劃安排,分別對龍開口水電站在2012年11月上旬、中旬、下旬三個時間下閘進(jìn)行蓄水計算。

        月徑流系列為1939年6月~2005年5月共66年,選取平水年(P=50%)、枯水年(P=85%)共2個代表年日徑流進(jìn)行蓄水復(fù)核分析。

        (1)采用代表年日徑流資料進(jìn)行蓄水計算。

        蓄水計算成果表明金沙江中游來水充沛,而龍開口水電站庫容較小,水庫蓄水速度較快。

        采用66年月平均徑流系列進(jìn)行蓄水計算,龍開口水電站從下閘至首臺機(jī)組發(fā)電的11月、12月,來水保證率85%時,壩址月平均流量分別為961 m3/s和647 m3/s,來水保證率50%時,壩址月平均流量分別為1 150 m3/s和745 m3/s,水庫在導(dǎo)流底孔下閘蓄水后,水位在1 d內(nèi)即可蓄至1 240.50 m,8 d左右三個蓄水方案水庫均可蓄至死水位1 290.00 m??紤]到月徑流量在旬內(nèi)分配相對不均,采用代表年逐日徑流資料,對2012年11月上旬、中旬、下旬三個時間進(jìn)行蓄水計算,計算表明各方案1 d之內(nèi)均可蓄水至1 240.50 m,11月上旬、中旬下閘,水庫11月底可蓄水至1 290.00 m,如11月下旬下閘,水庫要到12月1日才可蓄水至1 290.00 m。蓄水計算成果見表1。

        表1 各方案蓄水計算成果匯總表Table 1 Calculation results of each impoundment scheme

        66年月平均徑流系列中,1994年11月、12月入庫流量最枯,月平均流量分別為697 m3/s和498 m3/s,水庫11月蓄水至1 290.00 m的時間為14 d。若水庫蓄水期遭遇最枯年,在11月上旬、中旬下閘,水庫11月底可蓄水至1 290.00 m,電站首臺機(jī)組在12月初具備調(diào)試條件;若水庫11月下旬下閘,則需在12月12日才能蓄至死水位1 290.00 m,不能滿足12月初首臺機(jī)組調(diào)試要求。

        (2)入庫流量按金安橋電站一臺機(jī)組發(fā)電流量計。

        龍開口水電站上游梯級金安橋電站裝機(jī)容量為2 400 MW,共有4臺機(jī)組,單機(jī)容量600 MW,額定水頭111 m,機(jī)組額定流量605 m3/s,電站最大發(fā)電流量2420m3/s。金安橋電站正常蓄水位1418m,死水位1 398 m,水庫調(diào)節(jié)庫容3.46億m3,具周調(diào)節(jié)能力。

        龍開口水電站下閘蓄水的11月為枯水期,考慮上游金安橋電站1臺機(jī)組發(fā)電,金安橋至龍開口壩址區(qū)間流量采用多年11月平均流量30 m3/s,龍開口壩址入庫流量為635 m3/s,對2012年11月上旬、中旬、下旬三個下閘方案進(jìn)行蓄水計算。

        水庫在導(dǎo)流底孔下閘蓄水后,水位在1 d內(nèi)即可蓄至1 240.50 m。若水庫11月上旬、中旬下閘,18 d左右可蓄水至1 290.00 m,首臺機(jī)組可在12月初具備調(diào)試條件;若水庫11月下旬下閘,則需在12月8日才能蓄至死水位1 290.00 m,不能滿足12月初機(jī)組調(diào)試要求。

        (3)采用龍開口水電站建設(shè)管理局近年實測資料進(jìn)行蓄水分析。

        龍開口水電站建設(shè)管理局從2008年6月開始對龍開口水電站壩址流量進(jìn)行逐日流量觀測,根據(jù)觀測資料,龍開口水電站2008年、2009年、2010年、2011年11月平均流量分別為1 705 m3/s、1 390 m3/s、1 145 m3/s和868 m3/s,11月入庫流量呈減少趨勢。采用2011年11月、12月逐日實測流量進(jìn)行蓄水分析。

        水庫在導(dǎo)流底孔下閘蓄水后,水位在1 d內(nèi)即可蓄至1 240.50 m。若水庫11月上旬下閘,8 d可蓄水至1 290.00 m,8 d日平均流量為1 005 m3/s;若水庫11月中旬下閘,10 d可蓄水至1 290.00 m,10 d日平均流量為873 m3/s;若水庫11月下旬下閘,至12月4日(即14 d)水庫可蓄水至1 290.00 m,14 d日平均流量為703 m3/s。

        2 實施情況

        2012年11月25日,龍開口水電站正式下閘蓄水。上午10時18分,1號導(dǎo)流底孔封堵閘門緩緩落下,歷時約10 min,1號導(dǎo)流底孔閘門順利下閘到底;下午6時66分,2號導(dǎo)流底孔閘門順利下閘到底。整個下閘過程較為平穩(wěn),現(xiàn)場情況基本正常,龍開口水電站初期蓄水取得圓滿成功。2013年5月21日10時40分,龍開口水電站首臺機(jī)組(2號機(jī)組)順利通過72 h試運(yùn)行,投入商業(yè)運(yùn)行。

        3 結(jié)語

        龍開口水電站初期蓄水階段,導(dǎo)流底孔下閘時采用閘門局部開啟的方式,順利下泄環(huán)保流量,滿足下游生態(tài)用水需求。導(dǎo)流底孔平板閘門局部開啟下泄環(huán)保流量的措施,可供類似工程參考。

        [1]陳義軍,包俊,李燕群,等.龍開口水電站可行性研究報告第九篇施工組織設(shè)計[R].杭州:華東勘測設(shè)計研究院,2009.

        [2]董寶順,陳國良,高雅芬,等.龍開口水電站下閘蓄水規(guī)劃專題報告[R].杭州:華東勘測設(shè)計研究院,2012.

        [3]董寶順,陳義軍,呂國軒,等.龍開口水電站施工導(dǎo)流規(guī)劃設(shè)計與實施[J].水力發(fā)電,2013,39(2):32-35.

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