麒麟寺水电站尾水清淤的实践与探讨

贾进荣，赵喜成，陈容，郭俊兵

（大唐甘肃发电有限公司碧口水力发电厂，甘肃文县，746412）

麒麟寺水电站尾水清淤的实践与探讨

贾进荣，赵喜成，陈容，郭俊兵

（大唐甘肃发电有限公司碧口水力发电厂，甘肃文县，746412）

麒麟寺水电站自投产发电以来，由于尾水区域泥沙淤积、下游河道被侵占束窄等原因，电站尾水位高于设计尾水位，机组出力难以达到额定值，并严重影响行洪安全。为解决这一问题，提出了对尾水区域淤积和下游河道采取开挖、疏浚等工程措施。对这些工程措施从设计、施工和实施后的效果等方面进行了分析探讨，为其他类似项目提供一些参考。

麒麟寺水电站；尾水清淤

1 工程概况

麒麟寺水电站位于甘肃省文县中庙乡境内的白龙江下游，距上游碧口水电站河道距离约13 km，距下游宝珠寺水电站约68 km，坝址控制流域面积26 423 km2。坝址多年平均流量为269 m3/s，水库正常蓄水位613.00 m，总库容2 970万m3，具有日调节性能。电站枢纽工程由河床式厂房、泄洪闸、混凝土重力坝等建筑物组成。电站等别为三等中型工程，主要建筑物级别为3级。工程主要任务是发电，电站总装机容量111 MW，为3台轴流式机组，设计水头22.50 m，单机最大引用流量184.08 m3/s。电站于2005年11月开工建设，2008年12月底投产发电。麒麟寺水电站平面布置见图1，上、下游特征水位见表1。

2 电站建成后尾水区淤积分析

麒麟寺水电站自投产发电以来，电站实测尾水位逐渐高于设计尾水位，导致电站实际发电水头减小，机组出力难以达到设计值。同时，河道行洪不畅，造成麒麟寺水电站尾水壅高，对电站的安全运行构成严重威胁，出现较大洪水时，将严重威胁下游人民生命财产安全、212国道畅通及电站的安全运行。经现场查看，造成过水能力减小、尾水位抬高的问题有如下几个方面：

（1）运行以来，较大洪水发生较少，以及泄洪闸大流量开启次数较少，导致尾水区域的河道纵向坡度平缓，泥沙淤积较为严重，河床抬高；

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

（2）自麒麟寺电站投产发电后，尾水区域仍有土建施工残留的渣料，原河床比设计资料偏高；

（3）电站下游的施工便桥本应该在使用完毕后拆除，因当地村民阻拦而没有拆除，三组混凝土桥墩的存在侵占了河道过水面积，导致河道行洪能力降低；

（4）在下游河道（电站下游500 m以下），因左岸西家坝造地占用原有砂砾石河滩（占用宽度约30～40 m），导致河道过水宽度缩减、河床抬高，行洪阻水，致使河道行洪能力严重降低。

图1 麒麟寺水电站平面布置图Fig.1 The plane layout of Qilinsi hydropower station

3 尾水清淤工程设计情况

3.1 工程清淤范围确定

此次清淤工程范围的确定考虑了目前的工程管理现状和长远的工程效益，尽量做到经济高效。

本清淤工程桩号布置从电站机组出水口反坡段开始，机组尾水出口反坡段为断面1（0+000.0 m），断面9（0+814.9 m）为电站管理范围的末端。若从断面9再往下游开挖，挖至下游宝珠寺水电站水库回水区域与麒麟寺水电站尾水相衔接的地方（中庙桥头，距离麒麟寺电站1.5 km），该段不属于电站管理范围，存在当地老百姓乱采乱挖、侵占河道的现象，将影响清淤后的工程效果，从长远来看，工程投入较大而效益不佳。

综上所述，确定本清淤工程开挖至断面9（0+ 814.9 m）。

3.2 清淤设计原则

清淤工程设计的现有资料是河道现状纵横断面数据、电站运行过程中的不同下泄流量和对应的河道水位。基于以上基本资料，尾水区清淤工程设计考虑以下几个方面：

（1）根据河道现状下泄流量、现状纵横断面和现状水面线确定现状河道糙率值；

（2）拟定不同的工程清淤方案和清淤措施，在现状河道糙率的基础上分析并合理确定不同清淤方案对应的清淤后河道演变不同阶段的河道糙率值；

（3）计算不同清淤方案对应的河道水面线及开挖工程投资；

（4）对不同方案的投资和效益进行综合比较，选择最经济可行的清淤方案。

3.3 工程清淤设计

麒麟寺水电站尾水清淤开挖方案设计主要是根据天然河道断面数据，不同流量下末端断面水位、流量值、河道糙率n等水力要素，根据水力学原理进行河道的水面线计算。但河道的糙率参数n常常难以直接确定[5]，可根据断面实测水位进行反演[6]。反演时，由假设的河道糙率n推算机组出口水位，并与测量的机组出口水位及最后一个测量断面实测水位进行比较。若实测值和计算值相差较大，则重新假设河道糙率n，重新计算。最终反推出河道天然糙率为n=0.04，该值与经验值一致。

根据反推的河道天然糙率，在现有工程技术措施所能达到的降糙效果，推测河道疏浚工程完工初期，河道设计糙率可以降到n=0.03，但随着运行期的增加，河道应该会产生淤积及重新长出杂草等，河道设计糙率会有所增大，而数据不准确往往引起计算结果不稳定[7]。理想情况下，一般考虑增加到n=0.035。故设计河道水面线计算了n=0.03和n= 0.035两种情况。

根据河道过流现状的纵横断面情况拟定清淤工程的设计断面，对阻水严重的断面进行适当的开挖扩宽。坝下断面5（0+408 m）施工便桥三组桥墩侵占了河道过流断面，于是将施工便桥延长了22 m，加了一组桥桩，使河底宽度达到67 m；施工便桥至下游150 m长度，原河底宽度约40 m，严重束窄了河道，因此，将此段河床右岸扩宽，将原来的临时施工公路宽度缩减，同时将临时公路边坡坡度放陡，使其河底宽度达到约70～60 m；断面8（0+712.6 m）、断面9（0+814.9 m）河床段无法扩宽，原因是临时施工道路较窄且不能削减，因此将该段河床底进行削坡，同时整治右岸护坡。

根据以上糙率值和拟定的设计断面，计算电站运行时不同下泄流量对应的河道水面线。

图2为设计流量为530 m3/s时，原天然河道水面线和设计开挖后水面线的对比。设计成果表明，总体上原天然河道受下游顶托比较严重，河道断面过流能力较小，水面线较缓，清淤工程实施后，预计河道水位有显著的下降。预计开挖后，530 m3/s流量时，水面线降低约0.6 m；360 m3/s流量时，水面线降低约0.4 m；170 m3/s流量时，水面线降低约0.5 m。

根据尾水地形图及天然河道断面数据、不同流量下末端断面水位、流量值[8]，反复推敲论证，自行设计，制定了经济高效的《麒麟寺水电站尾水清淤开挖方案》。

4 尾水清淤工程效果评价

2016年1月22日～3月20日，电厂对麒麟寺尾水渠清淤工程进行了施工。

图2 流量为530 m3/s时下游原天然河道水面线和设计开挖后水面线对比Fig.2 Comparison between the water level line of natural river downstream and the designed after excavation as discharges of 530 m3/s

河道开挖范围从电站机组出水口反坡段末端至河道下游约800 m，从上游往下游开挖，整个河床坡降按3.24‰开挖。现场严格按照制定的开挖轮廓线及开挖坡降进行开挖，边开挖边测量，做到不留死角。完工后经对预定的9个河道断面进行测量，从尾水河床开挖清理出砂砾料总计10万m3，开挖后的河道轮廓线及河底高程符合技术方案的要求，且工程量与设计基本吻合。开挖后尾水区域的情况如图3所示。

4.1 经济效益显著提高

尾水开挖后，经过与历史数据对比，机组运行时中下游尾水位下降明显，机组运行水头平均提升0.5～0.6 m，发电流量、耗水率明显下降，选取近3年典型工况进行分析对比，详见表2。

从以上典型运行工况可以看出，尾水渠开挖后在上游水位612.30 m、单机负荷3.7万kW时，导叶开度由开挖前的93%降至89%；尾水位平均降低了0.53 m，较设计值588.17 m低0.15 m；每千瓦时耗水率由开挖前的17.32 m3降至16.67 m3，降低了0.65 m3，耗水率降幅达3.75%。在上游水位612.30 m、两台机总负荷7.4万kW时，机组导叶开度由开挖前的94%降至90%；尾水位平均降低了0.62 m，较设计值589.07 m低0.06 m；每千瓦时耗水率由开挖前的18.39 m3降至17.71 m3，降低了0.68 m3，降幅达3.7%。三年发电耗水率对比和发电流量对比曲线如图4所示。

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

图3 尾水渠开挖后的情况Fig.3 Tailrace after excavation

图4 尾水渠开挖前后单机工况耗水率和水头的对比Fig.4 Comparison of water consumption rate in single-unit working condition and water level before and after excavation in tailrace

按照电站尾水开挖后实测资料分析，尾水位降低约0.6 m，发电耗水率平均降低了0.67 m3/kWh，按此情况对2011～2015年麒麟寺水库来水和发电量进行对比分析测算，如表3所示。

从表3计算结果分析，按照开挖后耗水率降低情况估算，近5年麒麟寺水库平均入库流量为242 m3/s，比电站设计多年平均流量269 m3/s偏少10.1%；近5年平均发电量为3.95亿kWh，比设计多年平均发电量4.477亿kWh少11.5%；扣除水库蓄水位达不到613 m影响电量少发900万kWh的因素，在来水量达到多年设计值时，电站发电量根据目前工况能达到设计水平。近5年平均每年可增加发电量1 605万kWh。尾水开挖清淤后相应提高发电水头约0.6 m，发电耗水率降低0.67 m3/kWh，按此测算，年增加发电量1 605万kWh，每年至少增加直接收入425.32万元。尾水清淤开挖等工程完工后，每台机恢复出力1.35 MW，3台机共恢复出力4.05 MW，白龙江流域每年6～10月为汛期，按照主汛期50%的低限满负荷测算，汛期将至少增发592.92万kWh的电量，增加直接收入157.12万元。上述耗水率效益及汛期电力容量效益合计，每年将产生582.44万元的直接经济效益。

4.2 防洪效益

根据目前尾水开挖后实测尾水位数据，在不同机组运行负荷下，尾水位比开挖前平均降低了0.5～0.94 m，达到了设计值，单台机比设计尾水位低0.15 m，两台机比设计尾水位低0.06 m，三台机与设计尾水位基本一致，具体情况见表4。尾水清淤开挖后河床宽度增加，有效地拓宽了河道，同时河床底部按照设计坡降3.24‰进行了削减，同比情况下安全下泄能力增加了200～800 m3/s（大洪峰情况下愈加显著），有效保障了电站度汛安全，确保电站下游人民生命财产安全及212国道畅通。

表3 2011～2015年麒麟寺电站逐月增发电量对比表（开挖前后）（单位：万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 麒麟寺电站设计及实测尾水位对比表Table 4 Comparison of designed and measured tail water levels of Qilinsi hydropower station

4.3 长远效益显现

两岸防护后明确了河道界限，将有效防止挖沙、采金作业对该段河道的挤占、蚕食，在企业维权时做到有理、有据、可操作，有效避免反复出现的河道挤占、蚕食难以维权的情况，确保电站长久经济运行及今后安全行洪，减少电厂每年要求当地防汛抗旱指挥部整治河道的行文。

5 结论与展望

尾水开挖后，实测不同下泄流量对应的尾水位比开挖前降低了0.5～0.9 m，相应提高发电水头0.5～0.9 m，耗水率减小，增加了发电效益。通过疏浚河道、施工便桥加长及下游河床扩宽，增加了河道的行洪能力，确保了下游人民生命财产安全和电站安全运行。此次电站尾水区域河道疏浚及两岸护坡整治理顺了河道管理关系，为后期电站长期顺利运行提供了必要的保障。

[1]王娜，孔卫东.河道清淤施工方案设计[J].河北工程技术高等专科学校学报,2010(4)：13-14.

[2]蒋丽品.河道清淤施工及质量控制[J].技术与市场,2012 (12)：116.

[3]李红霞.河道清淤施工及质量控制研究[J].河南建材, 2014(6)：104-105.

[4]吴晓伟.锦屏二级水电站进水口基坑泥沙控制及水下清淤施工[J].四川水力发电,2015(S1)：63-65,124.

[5]李云飞,李伟岸.河道清淤施工技术浅析[C].2016年建筑科技与管理学术交流会,2016.

[6]SL303-2004,水利水电工程施工组织设计规范[S].

[7]GB/T12897-2006,国家一、二等水准测量规范[S].

[8]GB/T50138-2010,水位观测标准[S].

三峡-葛洲坝梯级枢纽2017年防汛综合大检查

据中国电力企业联合会5月12日，三峡-葛洲坝梯级枢纽度汛领导小组办公室（以下简称度汛办公室）组织相关单位对三峡及葛洲坝枢纽开展了防汛综合大检查。

本次重点检查了三峡坝区主干道、左岸电厂厂房、三峡船闸及六闸首许家冲道路、升船机上闸首、茅坪溪泄水箱涵入口、大型应急抢险设备、防汛物资储备等，以及葛洲坝枢纽拦污栅、泄洪设备设施、发电机组检修运行情况等。从检查情况看，各单位高度重视今年梯级枢纽防汛工作，已按2017年度汛要求编制了度汛工作计划，完成了防汛物资储备、大型应急抢险设备保养、边坡排水系统清理、大坝机组及泄洪设备设施检修等度汛准备工作，为今年梯级枢纽安全度汛奠定了良好基础。同时，针对检查过程中发现的零星排水沟清理不到位等问题，度汛办公室也提出了整改要求，要求汛前尽快完成。

汛期，度汛办公室还将不定期组织进行防汛工作检查，确保梯级枢纽安全度汛。

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

贾进荣（1966-），男，甘肃临洮人，高级工程师，主要从事生产和经营管理工作。

作者邮箱：184557348@qq.com