蔡 平，胡榮林

（遵義市水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,貴州 遵義 563002）

1 工程概況

冉渡灘水庫位于貴州省務(wù)川縣豐樂鎮(zhèn)境內(nèi)的洪渡河馬村壩河段,為洪渡河干流規(guī)劃水資源利用開發(fā)的第三級(jí),壩址以上流域面積997 km2,多年平均徑流量7.03 億m3,多年平均流量22.3 m3/s。水庫樞紐及電站工程主要由碾壓混凝土重力壩、壩頂設(shè)閘表孔泄洪+消力池底流水躍消能、左岸庫首岸塔式取水及供水系統(tǒng)、右岸壩前塔式取水和引水發(fā)電系統(tǒng)及壩后發(fā)電廠房等組成。水庫正常蓄水位738.00 m,死水位724.00 m,興利庫容2830 萬m3,水庫總庫容5470 萬m3,庫容系數(shù)為4.03%，具有不完全年調(diào)節(jié)性能，水庫年供水量為9120 萬m3/a；電站裝機(jī)2×8 MW+4 MW，多年平均發(fā)電量6880 萬kW?h,保證出力2320 kW,年利用小時(shí)3490 h。

2 施工導(dǎo)流及下閘蓄水封堵方案

2.1 施工導(dǎo)流方式及度汛方案

由于冉渡灘水庫壩址段河谷狹窄,兩岸地形較陡,屬典型的山區(qū)峽谷河流,且洪峰流量及洪水位變幅較大,故施工導(dǎo)流采用“全斷流圍堰+導(dǎo)流隧洞過水”和度汛采用“導(dǎo)流隧洞+壩面預(yù)留缺口過流”泄洪方案,水庫樞紐及施工導(dǎo)流隧洞布置見圖1。

圖1 水庫樞紐及施工導(dǎo)流隧洞總平面布置圖

2.2 施工導(dǎo)流隧洞下閘蓄水封堵方案

施工導(dǎo)流隧洞封堵采取進(jìn)口臨時(shí)設(shè)鋼閘門擋水與洞身設(shè)永久混凝土堵頭相聯(lián)合的永臨結(jié)合方案[1]。進(jìn)口臨時(shí)封堵?lián)跛l門型式為平面滑動(dòng)鋼閘門,孔口尺寸為5.5 m×6.5 m,設(shè)計(jì)擋水水頭37.00 m,閘門吊裝采用雙吊點(diǎn)啟閉,啟閉設(shè)備選用QPQ2×250 kN 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)；永久封堵堵頭設(shè)在壩軸線及防滲帷幕處（導(dǎo)0+152.70~0+172.70）,堵頭總長20.0 m,采用C20 混凝土澆筑,導(dǎo)流隧洞永臨結(jié)合封堵方案及措施見圖2。

圖2 導(dǎo)流隧洞封堵縱剖面圖

水庫下閘蓄水封堵前需先進(jìn)行進(jìn)口臨時(shí)鋼閘門下閘擋水,從出口進(jìn)洞對(duì)堵頭段洞身進(jìn)行清理,在堵頭段隧洞四周布設(shè)錨筋及固結(jié)灌漿,并埋設(shè)回填灌漿管,堵體澆筑完畢后再進(jìn)行頂拱回填灌漿。

3 水庫初期蓄水方案

3.1 下閘蓄水方案

3.1.1 生態(tài)用水下放措施

生態(tài)放水措施：①水庫初蓄期間當(dāng)水庫水位低于溢流堰頂高程724.00 m 時(shí),用22 臺(tái)（揚(yáng)程46 m、流量380 m3/h的200 WQ/P12101-46-90 型）潛水泵（功率90 kW）從壩前提水過溢流堰頂解決下游河道生態(tài)用水問題,當(dāng)庫水位達(dá)到724.00 m 后由生態(tài)放水管下放生態(tài)水；②水庫運(yùn)行期間,由于電站為壩后式電站,當(dāng)庫水位高于發(fā)電限制水位730.00 m時(shí),電站發(fā)電主機(jī)單機(jī)設(shè)計(jì)流量為16.64 m3/s,單機(jī)45%出力運(yùn)行發(fā)電流量范圍為8.0 m3/s~9.7 m3/s,均大于生態(tài)流量,能夠滿足下游河道生態(tài)流量要求；當(dāng)庫水位低于發(fā)電限制水位730.00 m 時(shí)或發(fā)電機(jī)組停機(jī)檢修時(shí),利用專門設(shè)置的生態(tài)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行下放生態(tài)流量,生態(tài)機(jī)組單機(jī)設(shè)計(jì)流量為8.49 m3/s,單機(jī)45%出力運(yùn)行發(fā)電流量范圍為4.2 m3/s~5.2 m3/s,均滿足下發(fā)生態(tài)水量不小于2.26 m3/s。

3.1.2 水庫初蓄期時(shí)間推算

冉渡灘水庫正常蓄水位738.00 m,死水位為724.00 m,正常蓄水位庫容4490 萬m3,死庫容為1660 萬m3,興利庫容為2830 萬m3。根據(jù)施工計(jì)劃安排,水庫擬從11 月初開始蓄水,初蓄期在枯季,故可不考慮下放漂流水量,初蓄期間僅下放生態(tài)流量按2.26 m3/s 計(jì),庫損水量按正常蓄水位庫容的10%平均分配至各月。按P=75%設(shè)計(jì)代表年初蓄期：P=75%設(shè)計(jì)代表年11 月平均流量6.90 m3/s,12 月平均流量4.50 m3/s,1 月平均流量4.09 m3/s,2 月平均流量3.96 m3/s,計(jì)算初期蓄水至死水位（724 m）的時(shí)間約為22 天（至當(dāng)年11 月22 日）,計(jì)算初期蓄水至發(fā)電限制水位（730 m）的時(shí)間約為71 天（至次年1月10日）,蓄水至正常蓄水位（738 m）的時(shí)間約為121天（至次年3 月1 日）。

3.2 蓄水后運(yùn)行調(diào)度方案

冉渡灘水庫在運(yùn)行期的興利調(diào)度中,應(yīng)盡量按設(shè)計(jì)供水量供水,水庫在保證供水的情況下應(yīng)最大限度地多蓄水,盡量維持在發(fā)電限制水位（730.00 m）以上運(yùn)行,一方面可保障供水,另一方面由于水頭的提高也可增加發(fā)電效益,當(dāng)庫水位低于發(fā)電限制水位時(shí)（730.00 m）,應(yīng)限制發(fā)電（僅允許生態(tài)機(jī)組發(fā)電泄放生態(tài)流量[2]）,以保障供水和農(nóng)灌,若來水量與歷年同期平均來水相比減少20%以上,還須控制農(nóng)灌供水量以保障城鎮(zhèn)及工業(yè)用水,農(nóng)田灌溉最大年供水量應(yīng)控制在1060 萬m3/a 以內(nèi)。在停機(jī)檢修期間還須下放足量的生態(tài)流量。

4 水庫初期蓄水生態(tài)流量泄放方案及措施優(yōu)化調(diào)整和經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析比較

由于洪渡河漂流項(xiàng)目起漂點(diǎn)位于冉渡灘水庫發(fā)電廠房下游約1.1 km 處,漂流河段長約5.5 km,根據(jù)與漂流公司協(xié)議,漂流活動(dòng)在每年6 月~10 月,開漂最小流量為5 m3/s~6 m3/s；另依據(jù)貴州省水利廳關(guān)于《冉渡灘水庫工程水資源論證報(bào)告書》的審批水庫下放生態(tài)流量為2.26 m3/s。故為了確保下游河道生態(tài)環(huán)境及夏季洪渡河漂流運(yùn)營需水要求,應(yīng)在夏季洪渡河漂流運(yùn)營時(shí)段下放最小流量為5 m3/s,其余時(shí)段需下放最小生態(tài)需水量為2.26 m3/s。

4.1 水庫初蓄期生態(tài)流量泄放方案及措施優(yōu)化調(diào)整

水庫初蓄期間當(dāng)水庫水位低于溢流堰頂高程724.00 m 時(shí),原生態(tài)泄放水措施是采用22 臺(tái)（揚(yáng)程46 m、流量380 m3/h 的200WQ/P12101A-46-90 型）潛水泵（功率90 kW）從溢流堰頂提水解決下游河道生態(tài)用水問題,即需要在壩前臨時(shí)架設(shè)多臺(tái)潛水泵從上游庫中抽水從溢流堰頂向下游補(bǔ)水[3]。經(jīng)測算,擬定從11 月初開始蓄水,河道的平均流量約為7.0 m3/s,水庫初期蓄水至溢流堰頂需約為22 天,水泵及管道設(shè)備安裝費(fèi)用約180 余萬元,抽水電費(fèi)約65 余萬元。

鑒于本工程下放生態(tài)流量較大（2.26 m3/s）,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,為了進(jìn)一步提高生態(tài)流量泄放保證率和節(jié)省工程投資,經(jīng)參建各方共同研究和商討,并確定在水庫下閘蓄水初期采取“在導(dǎo)流隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵鋼閘門上預(yù)留底孔及導(dǎo)流洞內(nèi)布置生態(tài)泄流管道[4-5]和大壩壩前設(shè)潛水泵從溢流堰頂提水相結(jié)合方案”解決下游河道生態(tài)環(huán)境用水問題,其中在導(dǎo)流隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵鋼閘門上開2 孔直徑500 mm 的底孔,并在導(dǎo)流洞內(nèi)布置兩根DN500 臨時(shí)生態(tài)放水管引至堵頭下游側(cè),再通過洞身流至下游河道,待水庫蓄水至溢流堰頂高程724.0 m 后,再拆除堵頭下游放水閘閥后管道,用鎮(zhèn)墩混凝土對(duì)放水閘閥及管道作永久性封堵。導(dǎo)流隧洞永臨結(jié)合封堵方案優(yōu)化調(diào)整及臨時(shí)生態(tài)放水措施見圖3。

圖3 導(dǎo)流隧洞封堵及臨時(shí)生態(tài)放水措施方案圖

根據(jù)下閘蓄水時(shí)段河道平均來水量約7.0 m3/s 流量測算,當(dāng)水庫下閘蓄水后,若只采取導(dǎo)流洞預(yù)留兩根DN500 底孔及管道生態(tài)放水水量測算,需約7 天后,當(dāng)庫水位蓄至707.50 m高程后才能滿足下游2.26 m3/s 生態(tài)流量要求,在這初蓄期間,仍需采用水泵提水進(jìn)行補(bǔ)充,最大補(bǔ)水流量為0.90 m3/s,需用8 臺(tái)（揚(yáng)程46 m、流量380 m3/h 的200 WQ/P12101A-46-90 型）潛水泵（功率90 kW）。

4.2 優(yōu)化導(dǎo)流洞封堵方案及臨時(shí)生態(tài)放水措施

為了進(jìn)一步提高生態(tài)流量泄放保證率和節(jié)省工程投資,將施工導(dǎo)流洞封堵方案采用永臨結(jié)合的措施進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,即在永久性堵頭前設(shè)置臨時(shí)鋼閘門并預(yù)留生態(tài)底孔[6],一方面保證導(dǎo)流洞封堵施工期施工安全,另一方面臨時(shí)擋水與永久堵頭相結(jié)合,并解決水庫下閘蓄水初期生態(tài)流量下放。

4.2.1 臨時(shí)封堵鋼閘門預(yù)留生態(tài)底孔

施工導(dǎo)流洞進(jìn)口臨時(shí)封堵閘門為平面滑動(dòng)鋼閘門（孔口尺寸5.5 m×6.5 m）,設(shè)計(jì)擋水水頭37.00 m（高于堰上水頭4.0 m），閘門吊裝采用雙吊點(diǎn)啟閉，啟閉設(shè)備選用QPQ2×250kN 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。為了解決水庫下閘蓄水初期生態(tài)流量下放,封堵鋼閘門上開2 孔直徑500 mm 的底孔,底孔中心線距底緣0.60 m,經(jīng)閘門結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算,只需在孔口兩側(cè)增設(shè)加強(qiáng)板-16×678×920 即可,并在門后設(shè)DN500 閘閥進(jìn)行安裝控制。

4.2.2 臨時(shí)生態(tài)放水及封堵

在臨時(shí)鋼閘門預(yù)留生態(tài)放水底孔后,為了滿足洞內(nèi)臨時(shí)生態(tài)放水管安裝,在鋼閘門預(yù)留生態(tài)放水底孔后設(shè)DN500 控制閘閥,將閘閥關(guān)閉后,沿隧洞兩側(cè)鋪設(shè)DN500 生態(tài)放水鋼管引至永久堵頭下游側(cè),再設(shè)DN500 后期封堵閘閥。

4.3 水庫初蓄期生態(tài)流量下放方案及措施經(jīng)濟(jì)比選

4.3.1 原生態(tài)流量下放措施及投資

水庫初蓄期原生態(tài)流量下放方案及措施需采用22 臺(tái)（揚(yáng)程46 m、流量380 m3/h 的200 WQ/P12101A-46-90 型）潛水泵（功率90 kW）從溢流堰頂提水解決河道下游2.26 m3/s生態(tài)用水問題。經(jīng)測算,擬定從11 月初開始蓄水,河道的平均流量約為7.0 m3/s,水庫初期蓄水至溢流堰頂需約為22 天,水泵及管道設(shè)備安裝費(fèi)用約180 余萬元,抽水電費(fèi)約65 余萬元,共計(jì)約245 余萬元。

4.3.2 優(yōu)化生態(tài)流量下放措施及投資

若采取“在導(dǎo)流隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵鋼閘門上預(yù)留底孔和大壩壩前設(shè)水泵從溢流堰頂提水相結(jié)合優(yōu)化方案”解決下游河道生態(tài)環(huán)境用水問題,經(jīng)測算,擬定從11 月上旬開始蓄水,河道的平均流量約為7.0 m3/s,需約7 天后,當(dāng)庫水位蓄至707.50 m 高程后才能滿足下游2.26 m3/s 生態(tài)流量要求,在這初蓄期間,仍需采用水泵提水進(jìn)行補(bǔ)充,最大補(bǔ)水流量為0.90 m3/s,需用8 臺(tái)（揚(yáng)程46 m、流量380 m3/h 的200 WQ/P12101 A-46-90 型）潛水泵（功率90 kW）。水庫初期蓄水至溢流堰頂需約為22 天,導(dǎo)流洞內(nèi)臨時(shí)生態(tài)放水管道及閘閥等設(shè)備安裝費(fèi)用約40 余萬元；壩前提水泵及管道設(shè)備安裝費(fèi)用約65 余萬元,抽水電費(fèi)約8 余萬元,共計(jì)約113 余萬元。

經(jīng)水庫初期蓄水生態(tài)流量泄放方案及措施優(yōu)化調(diào)整后,節(jié)省了工程投資約132 余萬元。最終推薦采取“在導(dǎo)流隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵鋼閘門上預(yù)留底孔及導(dǎo)流洞內(nèi)布置生態(tài)泄流管道和大壩壩前設(shè)潛水泵從溢流堰頂提水相結(jié)合優(yōu)化方案”解決水庫初期下閘蓄水時(shí)段下游河道生態(tài)環(huán)境用水問題。

5 結(jié)論

冉渡灘水庫工程的任務(wù)供水（含城鎮(zhèn)供水、工業(yè)園區(qū)供水、農(nóng)村人畜飲水）、灌溉,兼顧水力發(fā)電,水庫具備不完全年調(diào)節(jié)性能。為了滿足水庫下閘蓄水初期下游生態(tài)環(huán)境需要的流量,經(jīng)水庫下閘蓄水方案分析和研究,并結(jié)合水庫蓄水計(jì)劃及進(jìn)度安排、導(dǎo)流洞封堵方案及施工措施、下放生態(tài)流量等條件和要求,進(jìn)一步對(duì)生態(tài)流量泄放方案及措施進(jìn)行優(yōu)化,選擇采取“在導(dǎo)流隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵鋼閘門上預(yù)留底孔及導(dǎo)流洞內(nèi)布置生態(tài)泄流管道和大壩壩前設(shè)潛水泵從溢流堰頂提水相結(jié)合優(yōu)化方案”解決水庫初期下閘蓄水時(shí)段下游河道生態(tài)環(huán)境用水問題,提高生態(tài)流量泄放保證率和節(jié)省工程投資。為同類典型的峽谷河流上的中小型水利工程的生態(tài)流量泄放措施提供借鑒和參考。