賈進榮，趙喜成，陳容，郭俊兵

（大唐甘肅發(fā)電有限公司碧口水力發(fā)電廠，甘肅文縣，746412）

麒麟寺水電站尾水清淤的實踐與探討

賈進榮，趙喜成，陳容，郭俊兵

（大唐甘肅發(fā)電有限公司碧口水力發(fā)電廠，甘肅文縣，746412）

麒麟寺水電站自投產(chǎn)發(fā)電以來，由于尾水區(qū)域泥沙淤積、下游河道被侵占束窄等原因，電站尾水位高于設(shè)計尾水位，機組出力難以達到額定值，并嚴重影響行洪安全。為解決這一問題，提出了對尾水區(qū)域淤積和下游河道采取開挖、疏浚等工程措施。對這些工程措施從設(shè)計、施工和實施后的效果等方面進行了分析探討，為其他類似項目提供一些參考。

麒麟寺水電站；尾水清淤

1 工程概況

麒麟寺水電站位于甘肅省文縣中廟鄉(xiāng)境內(nèi)的白龍江下游，距上游碧口水電站河道距離約13 km，距下游寶珠寺水電站約68 km，壩址控制流域面積26 423 km2。壩址多年平均流量為269 m3/s，水庫正常蓄水位613.00 m，總庫容2 970萬m3，具有日調(diào)節(jié)性能。電站樞紐工程由河床式廠房、泄洪閘、混凝土重力壩等建筑物組成。電站等別為三等中型工程，主要建筑物級別為3級。工程主要任務(wù)是發(fā)電，電站總裝機容量111 MW，為3臺軸流式機組，設(shè)計水頭22.50 m，單機最大引用流量184.08 m3/s。電站于2005年11月開工建設(shè)，2008年12月底投產(chǎn)發(fā)電。麒麟寺水電站平面布置見圖1，上、下游特征水位見表1。

2 電站建成后尾水區(qū)淤積分析

麒麟寺水電站自投產(chǎn)發(fā)電以來，電站實測尾水位逐漸高于設(shè)計尾水位，導(dǎo)致電站實際發(fā)電水頭減小，機組出力難以達到設(shè)計值。同時，河道行洪不暢，造成麒麟寺水電站尾水壅高，對電站的安全運行構(gòu)成嚴重威脅，出現(xiàn)較大洪水時，將嚴重威脅下游人民生命財產(chǎn)安全、212國道暢通及電站的安全運行。經(jīng)現(xiàn)場查看，造成過水能力減小、尾水位抬高的問題有如下幾個方面：

（1）運行以來，較大洪水發(fā)生較少，以及泄洪閘大流量開啟次數(shù)較少，導(dǎo)致尾水區(qū)域的河道縱向坡度平緩，泥沙淤積較為嚴重，河床抬高；

表1 麒麟寺水電站上下游特征水位Table 1 Characteristic water levels upstream and downstream of Qilinsi hydropower station

（2）自麒麟寺電站投產(chǎn)發(fā)電后，尾水區(qū)域仍有土建施工殘留的渣料，原河床比設(shè)計資料偏高；

（3）電站下游的施工便橋本應(yīng)該在使用完畢后拆除，因當?shù)卮迕褡钄r而沒有拆除，三組混凝土橋墩的存在侵占了河道過水面積，導(dǎo)致河道行洪能力降低；

（4）在下游河道（電站下游500 m以下），因左岸西家壩造地占用原有砂礫石河灘（占用寬度約30～40 m），導(dǎo)致河道過水寬度縮減、河床抬高，行洪阻水，致使河道行洪能力嚴重降低。

圖1 麒麟寺水電站平面布置圖Fig.1 The plane layout of Qilinsi hydropower station

3 尾水清淤工程設(shè)計情況

3.1 工程清淤范圍確定

此次清淤工程范圍的確定考慮了目前的工程管理現(xiàn)狀和長遠的工程效益，盡量做到經(jīng)濟高效。

本清淤工程樁號布置從電站機組出水口反坡段開始，機組尾水出口反坡段為斷面1（0+000.0 m），斷面9（0+814.9 m）為電站管理范圍的末端。若從斷面9再往下游開挖，挖至下游寶珠寺水電站水庫回水區(qū)域與麒麟寺水電站尾水相銜接的地方（中廟橋頭，距離麒麟寺電站1.5 km），該段不屬于電站管理范圍，存在當?shù)乩习傩諄y采亂挖、侵占河道的現(xiàn)象，將影響清淤后的工程效果，從長遠來看，工程投入較大而效益不佳。

綜上所述，確定本清淤工程開挖至斷面9（0+ 814.9 m）。

3.2 清淤設(shè)計原則

清淤工程設(shè)計的現(xiàn)有資料是河道現(xiàn)狀縱橫斷面數(shù)據(jù)、電站運行過程中的不同下泄流量和對應(yīng)的河道水位?；谝陨匣举Y料，尾水區(qū)清淤工程設(shè)計考慮以下幾個方面：

（1）根據(jù)河道現(xiàn)狀下泄流量、現(xiàn)狀縱橫斷面和現(xiàn)狀水面線確定現(xiàn)狀河道糙率值；

（2）擬定不同的工程清淤方案和清淤措施，在現(xiàn)狀河道糙率的基礎(chǔ)上分析并合理確定不同清淤方案對應(yīng)的清淤后河道演變不同階段的河道糙率值；

（3）計算不同清淤方案對應(yīng)的河道水面線及開挖工程投資；

（4）對不同方案的投資和效益進行綜合比較，選擇最經(jīng)濟可行的清淤方案。

3.3 工程清淤設(shè)計

麒麟寺水電站尾水清淤開挖方案設(shè)計主要是根據(jù)天然河道斷面數(shù)據(jù)，不同流量下末端斷面水位、流量值、河道糙率n等水力要素，根據(jù)水力學(xué)原理進行河道的水面線計算。但河道的糙率參數(shù)n常常難以直接確定[5]，可根據(jù)斷面實測水位進行反演[6]。反演時，由假設(shè)的河道糙率n推算機組出口水位，并與測量的機組出口水位及最后一個測量斷面實測水位進行比較。若實測值和計算值相差較大，則重新假設(shè)河道糙率n，重新計算。最終反推出河道天然糙率為n=0.04，該值與經(jīng)驗值一致。

根據(jù)反推的河道天然糙率，在現(xiàn)有工程技術(shù)措施所能達到的降糙效果，推測河道疏浚工程完工初期，河道設(shè)計糙率可以降到n=0.03，但隨著運行期的增加，河道應(yīng)該會產(chǎn)生淤積及重新長出雜草等，河道設(shè)計糙率會有所增大，而數(shù)據(jù)不準確往往引起計算結(jié)果不穩(wěn)定[7]。理想情況下，一般考慮增加到n=0.035。故設(shè)計河道水面線計算了n=0.03和n= 0.035兩種情況。

根據(jù)河道過流現(xiàn)狀的縱橫斷面情況擬定清淤工程的設(shè)計斷面，對阻水嚴重的斷面進行適當?shù)拈_挖擴寬。壩下斷面5（0+408 m）施工便橋三組橋墩侵占了河道過流斷面，于是將施工便橋延長了22 m，加了一組橋樁，使河底寬度達到67 m；施工便橋至下游150 m長度，原河底寬度約40 m，嚴重束窄了河道，因此，將此段河床右岸擴寬，將原來的臨時施工公路寬度縮減，同時將臨時公路邊坡坡度放陡，使其河底寬度達到約70～60 m；斷面8（0+712.6 m）、斷面9（0+814.9 m）河床段無法擴寬，原因是臨時施工道路較窄且不能削減，因此將該段河床底進行削坡，同時整治右岸護坡。

根據(jù)以上糙率值和擬定的設(shè)計斷面，計算電站運行時不同下泄流量對應(yīng)的河道水面線。

圖2為設(shè)計流量為530 m3/s時，原天然河道水面線和設(shè)計開挖后水面線的對比。設(shè)計成果表明，總體上原天然河道受下游頂托比較嚴重，河道斷面過流能力較小，水面線較緩，清淤工程實施后，預(yù)計河道水位有顯著的下降。預(yù)計開挖后，530 m3/s流量時，水面線降低約0.6 m；360 m3/s流量時，水面線降低約0.4 m；170 m3/s流量時，水面線降低約0.5 m。

根據(jù)尾水地形圖及天然河道斷面數(shù)據(jù)、不同流量下末端斷面水位、流量值[8]，反復(fù)推敲論證，自行設(shè)計，制定了經(jīng)濟高效的《麒麟寺水電站尾水清淤開挖方案》。

4 尾水清淤工程效果評價

2016年1月22日～3月20日，電廠對麒麟寺尾水渠清淤工程進行了施工。

圖2 流量為530 m3/s時下游原天然河道水面線和設(shè)計開挖后水面線對比Fig.2 Comparison between the water level line of natural river downstream and the designed after excavation as discharges of 530 m3/s

河道開挖范圍從電站機組出水口反坡段末端至河道下游約800 m，從上游往下游開挖，整個河床坡降按3.24‰開挖?，F(xiàn)場嚴格按照制定的開挖輪廓線及開挖坡降進行開挖，邊開挖邊測量，做到不留死角。完工后經(jīng)對預(yù)定的9個河道斷面進行測量，從尾水河床開挖清理出砂礫料總計10萬m3，開挖后的河道輪廓線及河底高程符合技術(shù)方案的要求，且工程量與設(shè)計基本吻合。開挖后尾水區(qū)域的情況如圖3所示。

4.1 經(jīng)濟效益顯著提高

尾水開挖后，經(jīng)過與歷史數(shù)據(jù)對比，機組運行時中下游尾水位下降明顯，機組運行水頭平均提升0.5～0.6 m，發(fā)電流量、耗水率明顯下降，選取近3年典型工況進行分析對比，詳見表2。

從以上典型運行工況可以看出，尾水渠開挖后在上游水位612.30 m、單機負荷3.7萬kW時，導(dǎo)葉開度由開挖前的93%降至89%；尾水位平均降低了0.53 m，較設(shè)計值588.17 m低0.15 m；每千瓦時耗水率由開挖前的17.32 m3降至16.67 m3，降低了0.65 m3，耗水率降幅達3.75%。在上游水位612.30 m、兩臺機總負荷7.4萬kW時，機組導(dǎo)葉開度由開挖前的94%降至90%；尾水位平均降低了0.62 m，較設(shè)計值589.07 m低0.06 m；每千瓦時耗水率由開挖前的18.39 m3降至17.71 m3，降低了0.68 m3，降幅達3.7%。三年發(fā)電耗水率對比和發(fā)電流量對比曲線如圖4所示。

表2 麒麟寺水電站上下游特征水位表Table 2 Characteristic water level upstream and downstream of Qilinsi hydropower station

圖3 尾水渠開挖后的情況Fig.3 Tailrace after excavation

圖4 尾水渠開挖前后單機工況耗水率和水頭的對比Fig.4 Comparison of water consumption rate in single-unit working condition and water level before and after excavation in tailrace

按照電站尾水開挖后實測資料分析，尾水位降低約0.6 m，發(fā)電耗水率平均降低了0.67 m3/kWh，按此情況對2011～2015年麒麟寺水庫來水和發(fā)電量進行對比分析測算，如表3所示。

從表3計算結(jié)果分析，按照開挖后耗水率降低情況估算，近5年麒麟寺水庫平均入庫流量為242 m3/s，比電站設(shè)計多年平均流量269 m3/s偏少10.1%；近5年平均發(fā)電量為3.95億kWh，比設(shè)計多年平均發(fā)電量4.477億kWh少11.5%；扣除水庫蓄水位達不到613 m影響電量少發(fā)900萬kWh的因素，在來水量達到多年設(shè)計值時，電站發(fā)電量根據(jù)目前工況能達到設(shè)計水平。近5年平均每年可增加發(fā)電量1 605萬kWh。尾水開挖清淤后相應(yīng)提高發(fā)電水頭約0.6 m，發(fā)電耗水率降低0.67 m3/kWh，按此測算，年增加發(fā)電量1 605萬kWh，每年至少增加直接收入425.32萬元。尾水清淤開挖等工程完工后，每臺機恢復(fù)出力1.35 MW，3臺機共恢復(fù)出力4.05 MW，白龍江流域每年6～10月為汛期，按照主汛期50%的低限滿負荷測算，汛期將至少增發(fā)592.92萬kWh的電量，增加直接收入157.12萬元。上述耗水率效益及汛期電力容量效益合計，每年將產(chǎn)生582.44萬元的直接經(jīng)濟效益。

4.2 防洪效益

根據(jù)目前尾水開挖后實測尾水位數(shù)據(jù)，在不同機組運行負荷下，尾水位比開挖前平均降低了0.5～0.94 m，達到了設(shè)計值，單臺機比設(shè)計尾水位低0.15 m，兩臺機比設(shè)計尾水位低0.06 m，三臺機與設(shè)計尾水位基本一致，具體情況見表4。尾水清淤開挖后河床寬度增加，有效地拓寬了河道，同時河床底部按照設(shè)計坡降3.24‰進行了削減，同比情況下安全下泄能力增加了200～800 m3/s（大洪峰情況下愈加顯著），有效保障了電站度汛安全，確保電站下游人民生命財產(chǎn)安全及212國道暢通。

表3 2011～2015年麒麟寺電站逐月增發(fā)電量對比表（開挖前后）（單位：萬kWh）Table 3 Comparison of electricity generation increase month by month of Qilinsi hydropower station from 2011 to 2015,before and after excavation(Unit:104kWh)

表4 麒麟寺電站設(shè)計及實測尾水位對比表Table 4 Comparison of designed and measured tail water levels of Qilinsi hydropower station

4.3 長遠效益顯現(xiàn)

兩岸防護后明確了河道界限，將有效防止挖沙、采金作業(yè)對該段河道的擠占、蠶食，在企業(yè)維權(quán)時做到有理、有據(jù)、可操作，有效避免反復(fù)出現(xiàn)的河道擠占、蠶食難以維權(quán)的情況，確保電站長久經(jīng)濟運行及今后安全行洪，減少電廠每年要求當?shù)胤姥纯购抵笓]部整治河道的行文。

5 結(jié)論與展望

尾水開挖后，實測不同下泄流量對應(yīng)的尾水位比開挖前降低了0.5～0.9 m，相應(yīng)提高發(fā)電水頭0.5～0.9 m，耗水率減小，增加了發(fā)電效益。通過疏浚河道、施工便橋加長及下游河床擴寬，增加了河道的行洪能力，確保了下游人民生命財產(chǎn)安全和電站安全運行。此次電站尾水區(qū)域河道疏浚及兩岸護坡整治理順了河道管理關(guān)系，為后期電站長期順利運行提供了必要的保障。

[1]王娜，孔衛(wèi)東.河道清淤施工方案設(shè)計[J].河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2010(4)：13-14.

[2]蔣麗品.河道清淤施工及質(zhì)量控制[J].技術(shù)與市場,2012 (12)：116.

[3]李紅霞.河道清淤施工及質(zhì)量控制研究[J].河南建材, 2014(6)：104-105.

[4]吳曉偉.錦屏二級水電站進水口基坑泥沙控制及水下清淤施工[J].四川水力發(fā)電,2015(S1)：63-65,124.

[5]李云飛,李偉岸.河道清淤施工技術(shù)淺析[C].2016年建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會,2016.

[6]SL303-2004,水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范[S].

[7]GB/T12897-2006,國家一、二等水準測量規(guī)范[S].

[8]GB/T50138-2010,水位觀測標準[S].

三峽-葛洲壩梯級樞紐2017年防汛綜合大檢查

據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會5月12日，三峽-葛洲壩梯級樞紐度汛領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室（以下簡稱度汛辦公室）組織相關(guān)單位對三峽及葛洲壩樞紐開展了防汛綜合大檢查。

本次重點檢查了三峽壩區(qū)主干道、左岸電廠廠房、三峽船閘及六閘首許家沖道路、升船機上閘首、茅坪溪泄水箱涵入口、大型應(yīng)急搶險設(shè)備、防汛物資儲備等，以及葛洲壩樞紐攔污柵、泄洪設(shè)備設(shè)施、發(fā)電機組檢修運行情況等。從檢查情況看，各單位高度重視今年梯級樞紐防汛工作，已按2017年度汛要求編制了度汛工作計劃，完成了防汛物資儲備、大型應(yīng)急搶險設(shè)備保養(yǎng)、邊坡排水系統(tǒng)清理、大壩機組及泄洪設(shè)備設(shè)施檢修等度汛準備工作，為今年梯級樞紐安全度汛奠定了良好基礎(chǔ)。同時，針對檢查過程中發(fā)現(xiàn)的零星排水溝清理不到位等問題，度汛辦公室也提出了整改要求，要求汛前盡快完成。

汛期，度汛辦公室還將不定期組織進行防汛工作檢查，確保梯級樞紐安全度汛。

Implementation and discussion on silt excavation for the tailrace of Qilinsi hydropower station

JIA Jin-rong,ZHAO Xi-cheng,CHEN Rong and GUO Jun-bing//Bikou Hydropower Plant,Datang Gansu Power Generation Co.,Ltd.

Since operation of Qilinsi hydropower station,the actual tail water level is higher than the designed level because of the siltation in the tail water area and the narrowed riverbed in the lower reach. As a result,the power output and flood control are seriously affected.To solve this problem,engineering measures such as excavation and dredging of the lower reach are proposed.In this paper,the design, construction and engineering benefits of these measures are analyzed and discussed,worthy references.

Qilinsi hydropower station;tailrace dredging

TV697.1

B

1671-1092（2017）03-0001-06

2017-02-28

賈進榮（1966-），男，甘肅臨洮人，高級工程師，主要從事生產(chǎn)和經(jīng)營管理工作。

作者郵箱：184557348@qq.com