引水式水电站生态流量的设计与实现

邱雄挺

（浙江浙能华光潭水力发电有限公司，浙江 杭州 311322）

0 引言

水电站生态流量对生态环境保护、绿色发展、农田灌溉、民生用水等发挥着至关重要作用。早期，国内建造的水电站基本未配备生态流量下泄设施，水电站的节流断水对下游的河道、生态、生物链、环境等造成一定程度上的破坏。如何既可持续发展，保证河道、湖泊生态水源，满足生态水源流量要求，又避免水电站水资源浪费造成企业经济损失，实现水电站的生态流量下泄，成为一些水电站面临的难题。本文以华光潭二级水电站为例，介绍引水式水电站生态流量下泄的设计与实现。

1 工程概况

华光潭二级水电站位于浙江省杭州市临安区境内分水江干流昌化江上游的巨溪上，二级大坝拦河坝为C15砼重力坝，发电引水系统位于大坝右岸，由进水口、发电引水隧洞、调压井、压力管道等组成，全长5 188 m。大坝左岸底部设一根直径800 mm的放水管，放水管上设有1台Φ800 mm锥形阀作为工作阀门，1台Φ800 mm电动伸缩蝶阀作为检修阀门，锥形阀和蝶阀用于控制水库放水。

2 设计思路

2.1 水位参数

校核洪水位（P=0.5%） 231.75 m

设计洪水位（P=2%） 230.35 m

正常蓄水位 227.70 m

死水位 227.00 m

生态流量下泄库水位区间 220～228 m

2.2 生态流量参数

生态流量 0.269 m3/s

2.3 改造方案

放水管室长约6 m，放水管中心高程213.30 m，内径800 mm，钢管厚度10 mm。放水管从大坝上游侧穿管至大坝下游侧，大部分管道为混凝土外包，仅在放水管阀室中检修蝶阀和锥形阀弯管处具备支管焊接条件。锥形阀弯管处增设支管会影响锥形阀放水时的水流状态，容易造成振动、气蚀等不利后果，且锥形阀弯管位于室外高空，不便于安装作业。因此考虑在检修蝶阀下游侧增设生态流量下泄支管。

大坝生态流量下泄库水位区间为220～228 m，水位变动幅度较大，根据生态流量下泄计算结果，支管管径选用DN350 mm，支管中心高程214.65 m。选用DN350 mm,0.6 MPa活塞式流量调流阀作为生态流量下泄支管工作阀，调流阀配备远程控制接口。调流阀上游侧设DN350 mm,0.6 MPa插入式电磁流量计，流量计配备数据传输接口。考虑生态流量下泄支管、阀组定期维护检修方便，在电磁流量计上游设置一道DN350 mm,0.6 MPa的法兰式手动闸阀。

生态流量下泄由PLC控制系统控制调流阀调节，PLC控制系统程序根据预设定的流量进行自动调节控制。生态流量下泄时，流量计将检测到的支管流量经变送器发送信号至PLC控制系统，PLC控制系统根据预设定的流量值对调流阀执行机构发出信号，进而使调流阀执行开度动态调节，以保证下泄设施按照预设的流量进行泄放。

检修蝶阀设旁通阀及空气阀，为不影响原放水管的正常功能及流态，将支管焊接位置布置在旁通阀另一侧。DN350 mm支管通过DN500 mm/DN350 mm渐变管与DN800 mm放水管连接，渐变管进口设拦污滤网，防止污物进入支管影响调流阀稳定运行，滤网孔径要小于调流阀流道孔径，在滤网正对面DN800 mm管道上开设DN150 mm法兰式透明石英闷盖作为观察和滤网清扫口，并在滤网前后（放水管和渐变管位置）分别配设不锈钢机械式压力表以检测滤过前后水压。放水支管均沿墙布置并预留安装操作空间以便日常运行管理。支管每隔一定距离设置支撑环，支撑构件与混凝土结构采用化学植筋紧固连接，以保证管道、阀门等设备安全稳定运行。

图1 生态流量放水改造方案图

3 设备选型与安装工艺流程

3.1 调流阀

调流阀型式为活塞式调流阀，型号HL94X-10，通径DN350 mm，承压0.6 MPa,调节范围0.001～0.45 m3/s，调流阀具备自调节功能和远控功能。

3.2 电动执行机构

电动驱动装置Auma采用模块化设计，由齿轮传动机构、驱动电机、限位开关等组成。结构简单，性能可靠，便于调试、维护和维修。驱动装置为自锁式的输出，即使在手动模式下仍保持自锁。

3.3 电磁流量计

流量计为科隆插入式电磁流量计，通径DN350 mm，承压0.60 MPa，具备双套数据传输功能，传输方式为RS-485数字通信信号输出。

3.4 控制系统

控制系统采用PLC控制，接受水电站集控中心的调度并实现调流阀的自控制调节，采用全计算机监控系统在调度中心完成生态流量下泄的监测、调度和控制，也可现地控制，硬件满足RS-485输入输出要求。

3.5 设备安装工艺流程

图2 设备安装工艺流程图

3.6 金属结构防腐

钢管安装前，对钢管内表面进行涂料防腐处理，涂刷前用钢丝刷将钢管内壁浮锈清理干净，内表面达到 Sa2.5级，表面粗糙度 Ra 40～70 μm，浮锈清理后使用中性清洗剂清洗管道并使之充分干燥，再涂刷防腐涂料，底层超厚浆型环氧漆沥青防锈底漆250 μm，面层超厚浆型环氧漆沥青面漆250 μm，且涂料需满足饮用水卫生要求。

钢管安装好后，清除钢管外表面污物，外表面除锈等级应达到Sa2.5级，表面表面粗糙度Ra 40～70 μm，先涂环氧富锌底漆60 μm，再涂环氧云铁中间漆80 μm，最后涂改性耐磨环氧漆涂料100 μm。

4 试运行

水电站生态流量下泄设施投入运行至今稳定、可靠。核对现地流量计与现地控制柜、集控中心、监管系统平台流量显示一致。水电站集控中心通过上位机下令设定生态下泄流量值，现地控制系统接收指令后，调流阀进行自动流量调节。当二级水库水位发生变动时，调流阀跟踪设定的流量值进行开度调节，使下泄流量满足设定值要求。

5 解决难题

（1）水电站现有放水管锥形阀和蝶阀不具备生态流量调节功能，锥形阀作为工作阀，正常为常关，当水库需要放水时，打开锥形阀放水，消能方式为空中消能。蝶阀作为检修阀门，正常为常开，当锥形阀需要检修时，关闭蝶阀阻断水流便于检修。

（2）放水管阀室布置紧凑，锥形阀与检修蝶阀之间浇筑大体积混凝土，在Φ800 mm管道上配设流量计难以实时，且难以满足流量计设置对流量计前后直管段的长度要求。根据生态流量下泄改造要求，生态流量实时动态监测，需要对生态流量下泄管配设流量计，以实现生态下泄流量实时动态监测。通过增加旁路管减少管道通径，从而缩短管道长度，使之满足流量计安装技术要求。

（3）现装套筒式锥形阀在不同库水位下的流量开度线性关系不强，通过套筒式锥形阀前后位置变化改变过流断面难以实现流量的精准控制，难以满足生态流量实时监测的精度要求。通过活塞式流量阀可实现流量的精度调节。

（4）通过控制系统PLC实现远程控制功能，解决了生产人员从电站赶到大坝耗时长的问题，集控中心可以实时监测瞬时流量，实时通过流量设定操作调流阀动态调节。

6 结束语

华光潭水电站生态流量下泄设施已投入运行，既满足了生态流量下泄要求，又有效地控制了水库水资源的浪费。

为保障河湖生态用水，推进水电站绿色发展，本文对不具备生态流量下泄要求的水电站实现生态流量下泄具有一定的借鉴作用。