小中甸水库工程初期蓄水方案优化设计

罗纯军，彭 娴

渊湖南省水利水电勘测设计研究总院袁410007袁长沙冤

一、初期蓄水目标及下游用水要求

小中甸水库蓄水目标为：2014年8月底前水库蓄水位达到死水位3 212.5 m，9月底前达到溢洪道堰顶高程3 227.0 m；如溢洪道闸门在水库初期蓄水前安装并具备正常运用条件，9月底前争取蓄水到水库汛期限制水位3 233.0 m，10月争取蓄水到正常蓄水位3235.0m。

原设计在3 210.00 m高程布设1个生态基流放水管，管径0.60 m，死水位时泄流能力为4.61 m3/s,远小于汛期（7月1日—9月30日）来水流量，水库蓄水位达到死水位后仍将被迫抬升库水位到溢洪道堰顶高程3 227.00 m。汛期溢洪道闸门未安装的蓄水方案，水库汛期最高蓄水位实际为溢洪道堰顶高程3 227.00 m。蓄水前溢洪道闸门已安装并具备正常运用的条件下，水库汛期最高蓄水位为汛期限制水位3 233.00 m。

水库下游除生态、景观和环境用水需求外，还有下游已建吉沙、冲江河(一期、二期)、螺丝湾电站发电的用水要求，以及农业、农牧民用水的要求。鉴于小中甸水库初期蓄水期间，本工程2014年8月底前电站不能投入运行，水库蓄水后只有生态基流放水管放水。初期蓄水期间主要考虑下游生态、景观和环境用水需求，以及农业、农牧民用水的要求。经分析，水库初期蓄水期按下游生态最小流量1.42 m3/s和下游灌溉引用流量1.42 m3/s，合计最小流量为2.84 m3/s，通过生态基流放水管放水。

水库蓄水位在死水位3 212.50 m以下时，通过坝底埋管（管中心高程为3 190.00 m，直径0.60 m）下泄最小流量2.84 m3/s，当蓄水位达到死水位后关闭坝下埋管阀门，由生态基流放水管放最小流量。本工程建设期间或工程运行期间，当电站2台机组不能发电时，为保证下游电站发电，增建了2个生态基流放水管，管中心高程均为3 210.00 m,直径0.60 m。

二、水库来水计算

根据初拟的导流洞闸门下闸时间，水库主要初期蓄水时间为2014年7—9月，水库应在保证工程安全的条件下尽可能多蓄水。坝址多年平均各月来水情况见表1。

表1 小中甸站坝址多年平均月平均流量及年内分配

在计算各时段水库入库流量时，先将 7、8、9、10 月 4 个月份的坝址流量进行排频，得出该月丰 (25%)、平(50%)、枯(75%)对应的入库流量。然后再将 7、8月入库流量，8、9月入库流量，7、8、9月入库流量相加后进行排频， 得出7—8月、7—9月、8—9月对应丰(25%)、平(50%)、枯(75%)的入库流量。根据坝址径流系列计算的设计入库流量成果见表2。

表2 水库初期蓄水设计入库流量成果

三、水库初期蓄水方案拟定

1.初期蓄水计算条件

2014年汛期水库初期蓄水的起始水位为导流洞进口高程3 192.00 m。蓄水期由放水管放最小流量2.84 m3/s，溢洪道具备泄流条件。

2.蓄水方案

方案一：2014年汛后（10月1日以后，2台机组具备发电过水条件）溢洪道闸门安装，溢洪道敞开泄洪。按不同的导流洞闸门下闸时间计算水库蓄水达到死水位3 212.5 m、溢洪道堰顶高程3 227.0 m的时间。汛期水库最高蓄水位为溢洪道堰顶高程3 227.0 m。

方案二：溢洪道闸门在水库蓄水前安装、调试完毕，具备正常运用条件。水库蓄水位汛期（7月1日—9月31日）高于溢洪道堰顶高程3 227.0 m、低于汛期限制水位3233.0 m时由溢洪道闸门档水,汛期最高蓄水位为防洪限制水位3 233.0 m。汛后可蓄水至正常蓄水位3 235.0 m。遇洪水时由溢洪道泄洪。按不同的导流洞闸门下闸时间计算水库蓄水达到死水位3 212.5 m、溢洪道堰顶高程3 227.0 m和防洪限制水位3 233.0 m的时间。

四、水库初期蓄水计算

由于初期蓄水时长往往不超过一个水文年，因此以月为单位对水库来水进行计算。计算时，为了既能体现每月来水的代表性，同时又体现出蓄水期来水的整体性，采取下列公式对蓄水期内每月入库来水进行计算：

式中，p为频率，n为连续蓄水月份，Qp,n为初期蓄水计算时采用频率为P的第n个月的计算入库流量，为对第 1～n 月来水之和排频后对应的频率为P时的流量。

将上述公式运用于小中甸水利枢纽，以方案一为例，水库在7月蓄水，9月前达到堰顶高程，故对7—9月共3个月的来水进行分析。7月来水流量直接采用7月相应频率对应流量，8月采用的计算入库流量为相应频率7、8月流量之和减去7月入库流量，9月采用的计算入库流量为相应频率的7、8、9月流量之和减去 7、8月流量之和。如P=75%的7—9月的计算入库流量计算公式为：

式中：Q75%，7、Q75%，8、Q75%，9为 7、8、9 月份计算采用的频率为75%的计算入库流量，（Q7）75%为实测长系列中 7 月份频率为 75%的流量，（Q7+8）75%为实测长系列中7、8月份流量之和对应频率为 75%的流量，（Q7+8+9）75%为实测长系列中7、8、9月份流量之和对应频率为75%的流量。

以上述公式计算水库入库来水流量，并以此计算蓄水过程。按照计算入库来水流量、最小下泄流量、蓄水条件和蓄水方案进行水库初期蓄水计算，计算成果见表3。

根据上表计算结果，水库初期蓄水方案二优于方案一。按施工进度，推荐方案二中的2014年7月21日—8月1日导流洞下闸时间，最晚下闸时间不宜晚于8月11日。

五、水库初期蓄水方案推荐

本工程水电机组装机2台，根据工程进度，计划2014年8月底和9月底2台机组分别具备发电条件。8月底前水库初期蓄水位应达到死水位3 212.5 m，水库蓄水位达到死水位后仍将被迫抬升库水位到溢洪道堰顶高程3 227.0 m。水库蓄水前溢洪道闸门未安装的蓄水方案，水库初期最高蓄水位实际为溢洪道堰顶高程3 227.0 m。蓄水前溢洪道闸门已安装并具备正常运用的蓄水方案，水库2014年汛期 （7月1日—9月31日）最高蓄水位采用汛期限制水位3 233.0 m，10月1日以后可蓄水至正常蓄水位3 235.0 m。

2014年导流洞闸门下闸前主要工程应达到的形象面貌要求如下述。

表3 水库初期蓄水计算成果

1.水库初期蓄水方案一：溢洪道闸门汛后（10月1日以后）安装

①挡水工程。混凝土主坝共8个坝段，#1、#5、#8坝段浇筑至坝顶3 237.00 m高程，其他坝段浇筑至3 234.00 m高程；混凝土副坝共5个坝段，#1、#5坝段浇筑至坝顶3 237.00高程，其他坝段浇筑至3 233.80 m高程；完成主、副坝固结灌浆全部工作；完成主、副坝全部坝基及坝肩防渗与排水工作；完成主坝河床内塔机拆除，上游围堰拆除。

②引水发电工程。完成进水塔所有混凝土浇筑施工，进水塔塔身浇筑至高程3 238.20 m；启闭机排架柱浇筑至高程3 250.00 m，完成桥墩及桥台混凝土浇筑施工，浇筑至高程3 238.20 m，完成拦污栅及检修闸门二期混凝土施工；完成进水塔钢桥安装施工，并完成引水渠及左右八字墙混凝土施工。这些工程都已通过验收。

完成进水塔检修闸及拦污栅门槽埋件安装，并完成进水塔启闭机安装、检修闸门安装和拦污栅安装施工，具备挡水条件，并通过验收。

③放水、泄水工程。主坝1条初期蓄水坝底埋管、3条生态基流放水管具备过水条件。

2014年导流洞下闸后，坝体防洪标准为50年一遇设计、100年一遇校核，导流洞下闸后若遇100年一遇洪水，坝前水位将高于溢洪道堰顶高程3 227.00 m，因此表孔溢洪道应具备泄流条件。

④完成#1、#3、#4边坡治理与加固工程。

⑤正常蓄水位 （考虑浸没影响）以下库区移民搬迁、专项迁建、库区清理等全部完成，并经验收。

⑥导流洞封堵施工准备就绪。

2.水库初期蓄水方案二：蓄水前溢洪道闸门具备正常运用条件

①导流洞进口闸门下闸前工程应达到的形象面貌同前所述，其中溢洪道坝段2014年6月22日浇筑到坝顶。

②溢洪道闸门于2014年7月15日前安装、调试完成，具备正常运用条件。

2014年汛期水库初期蓄水的起始水位为导流洞进口高程3 192.0 m。蓄水期由放水管放最小流量2.84m3/s。

水库初期蓄水方案一：溢洪道闸门2014年汛后 （10月1日以后）安装，汛期（7月1日—9月31日）溢洪道敞开泄洪。遇75%的枯水来水情况，水库蓄水8月底达到死水位3 212.5 m，9月底达到溢洪道堰顶高程3 277.0 m，导流洞最晚下闸时间为2014年8月11日。

水库初期蓄水方案二：溢洪道闸门在导流洞闸门下闸前安装调试完毕，具备正常运用条件。汛期最高蓄水位为防洪限制水位3 233.0 m。汛后可蓄水至正常蓄水位3 235.0 m。遇75%的枯水情况，按7月21日—8月1日导流洞闸门下闸计算水库蓄水，达到死水位3 212.5 m的时间为8月6日—8月15日、达到溢洪道堰顶高程3 227.0 m的时间为9月6日—9月19日、达到防洪限制水位3 233.0 m的时间为9月27日—10月12日；7月21日下闸，10月21日可达到正常蓄水位，8月1日下闸，10月底可达到3 234.1 m。

本工程布设1孔溢洪道，水电机组装机2台。根据工程进度，计划2014年8月底和9月底2台机组分别具备发电条件。8月底前水库初期蓄水位应达到死水位3 212.50 m以上。为尽可能增加本电站和梯级电站发电效益，汛期应尽可能抬高水库蓄水位。根据计算的水库初期蓄水方案，溢洪道闸门在水库初期蓄水前安装并具备正常运用条件对水库初期蓄水是有利的，开始蓄水时间最早为7月21日，最晚为8月11日。根据当时工程面貌和后续工程安排，推荐蓄水方案二中的2014年7月21日到8月1日导流洞下闸的水库初期蓄水方案是合适的。 ■