杨房沟水电站下闸蓄水规划研究

陈强，赵凯，陆高明

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州，310014)

1 工程概况

杨房沟水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内，是雅砻江中游河段一库七级开发的第六级，上距孟底沟水电站37km，下距卡拉水电站33km，工程规模为大(1)型。坝址控制流域面积8.088万km2，多年平均流量900m3/s。杨房沟水电站正常蓄水位2094.00m，水库总库容5.1248亿m3，调节库容0.5385亿m3，电站装机容量1500MW。枢纽主要建筑物由混凝土双曲拱坝、泄洪建筑物、引水发电系统等组成。坝身布置4个泄洪中孔，高程为2029.00m。

施工导流采用围堰一次断流、隧洞导流方式，两条导流隧洞均布置在右岸，1#导流隧洞靠江侧布置，城门洞型，过流断面均为13m×16m(宽×高)，进口高程为1985.00m，洞长分别为716.04m和831.56m，启闭平台高程为2023.00m。

根据施工总进度及导流程序，计划于2020年11月初导流隧洞下闸。水库初期蓄水期间，要求脱水河段最小下泄流量145m3/s，采用坝身设置生态泄放孔泄放最小流量方案，生态泄放孔布置于大坝12#坝段，高程为1988.50m，生态泄放孔启闭设备平台高程为2035.00m[1]。

图1 杨房沟水电站上游展示

2 下闸蓄水规划方案

2.1 下闸蓄水规划原则

杨房沟水电站蓄水原则主要考虑工程安全、下游生态环境用水需求、下游生产生活综合用水需要以及对下游梯级电站影响来确定[2]。具体原则为：①满足工程枢纽建筑物控制运用的工程安全性要求；②满足工程下闸蓄水工程形象面貌要求；③下泄不低于145m3/s的生态流量；④兼顾雅砻江下游河段各已建梯级电站的经济损失；⑤保证导流隧洞堵头施工安全或减少封堵施工安全风险[3]。

2.2 下闸蓄水规划方案

根据杨房沟水电站建设进度，计划于2020年11月上旬2#导流隧洞下闸后实施封堵，2020年12月中下旬1#导流隧洞下闸后实施封堵，保证提前发电目标的实现。同时，考虑上游入库流量的不确定性，需确保生态流量的下泄，拟定采用两条导流隧洞分期下闸，并通过生态泄放孔、大坝泄洪中孔组合的方式向下游供水。具体下闸蓄水安排拟定如下：

(1)2020年11月上旬，2#导流隧洞优先下闸后封堵，下闸后由1#导流隧洞泄流，水库不进行蓄水。

(2)2020年12月中下旬，1#导流隧洞下闸后封堵，2021年1月1日水库开始蓄水，起蓄水位为起蓄时刻的入库流量由1#导流隧洞过流能力确定。

(3)2020年1月至4月，库水位未达到2032.38m(中孔生态泄放水位)以前，由生态泄放孔敞泄上游来水。当库水位达到2032.38m时生态泄放孔下闸封堵，转由泄洪中孔按145m3/s下泄上游来水，满足下游河道生态用水要求。此后通过调节泄洪中孔闸门开度，控制2021年5月1日前库水位不超过2045m(蓄水期间控制蓄水位)，以降低导流隧洞封堵施工安全风险。

(4)2021年5月1日之后，控制泄洪中孔的开度，使下泄流量维持在145m3/s，以满足下游河道生态用水需求，其余入库水量均用于水库蓄水。当蓄水至高程2077.40m(机组调试最低水位)时可以进行机组有水调试，之后继续蓄水至死水位高程2088m(死水位)，并保持在该水位运行，直至7月1日首台机组发电。

(5)2021年7月1日之后，根据运行监测情况，在大坝安全性评估基础上，结合上游梯级电站蓄水计划及来水情况，适时择机蓄水至正常蓄水位2094m。

2.3 下闸阶段导流方案

从2020年11月初导流隧洞封堵开始，至2021年5月封堵完成，为后期导流阶段，共分三个导流时段：

(1)2020年11月(2#导流隧洞下闸后)-2020年12月(1#导流隧洞下闸前)：坝体度汛洪水设计标准采用200年一遇流量，相应的流量为1360m3/s，由1#导流隧洞泄流，坝前水位为2002.24m；

(2)2021年1月(1#导流隧洞下闸后)-2021年5月：坝体度汛洪水设计标准采用200年一遇流量，相应的流量为2350m3/s，由3个中孔泄流，坝前水位为2060.54m；

(3)2021年6月-2021年10月(导流隧洞封堵完成)：坝体度汛洪水设计重现期为200年，相应的流量为8540m3/s，由4个表孔和3个中孔联合泄流，坝前水位为2095.36m；坝体度汛洪水校核重现期为500年，相应的流量为9320m3/s，坝前水位为2096.27m。

2.4 下闸时间的比选

初拟方案于2020年11月-12月下闸，对工程建设进度要求相对较高。需要对下闸时间在经济性、安全性、合理性方面进行进一步分析，因此拟定了三个下闸蓄水方案进行分析比较，分别为：

方案1：2#导流隧洞在2020年11月上旬下闸，2020年11月-2021年4月对其进行堵头封堵施工；1#导流隧洞在2020年12月中下旬下闸，工程于2021年1月1日开始蓄水，2021年1月-2021年5月对其进行堵头封堵施工；

方案2：2#导流隧洞在2020年11月上旬下闸，2020年11月-2021年4月对其进行堵头封堵施工；1#导流隧洞在2021年1月下旬下闸，2月1日开始蓄水，2021年2月-2021年6月对其进行堵头封堵施工。

方案3：2#导流隧洞在2020年11月上旬下闸，2020年11月-2021年4月对其进行堵头封堵施工；1#导流隧洞在2021年2月下旬下闸，3月1日开始蓄水，2021年3月-2021年7月对其进行堵头封堵施工。

2.4.1 启闭结构复核比选

施工图阶段，1#导流隧洞闸门设计动水下闸水头21.39m，启闭设备容量2×2500kN，卷扬机扬程24m；2#导流隧洞闸门设计动水下闸水头33.47m，启闭设备容量10000kN，卷扬机扬程23m。经过计算分析，三个下闸方案动水下闸水头均不超过15m，导流隧洞进口排架结构、启闭机容量、卷扬机扬程等均能满足下闸要求，有较大的富裕度，具备下闸时段延后确保下闸安全的容差性。

2.4.2 导流程序比选

三个下闸方案中2#导流隧洞下闸时间均选择在11月上旬，考虑施工进度的不确定性2#导流隧洞下闸时间有所不同，其导流程序和标准也略有区别。三个方案的蓄水过程基本一致，三个下闸方案蓄水时在来流量75%保证率的情况下，生态泄放孔2021年5月3日具备下闸时机，2021年5月17日库水位满足机组调试，2021年5月21日水位蓄至2088m高程。下面从导流隧洞封堵施工安排及导流程序和标准上进行分析比较。

下闸方案1：2#导流隧洞封堵安排在2020年11月上旬下闸后-2020年4月底，挡水标准为20年一遇洪水标准，流量为1020m3/s，相应的下游高程为1985.41m。1#导流隧洞封堵安排在2021年1月-2021年5月，可在主汛期前完成封堵段施工。此外，一旦下闸不顺利或者闸门出现漏水等异常情况，处理措施的时间相对比较充足。

下闸方案2：与下闸方案1对于2#导流隧洞封堵安排基本一致，其施工期导流标准水位一致。1#导流隧洞封堵安排在2021年2月-2021年6月，可在主汛期到来之前基本完成堵头混凝土浇筑，灌浆工程需在汛期高水位工况下施工约1个月。由于1#导流封堵段需跨汛期施工，根据《水电工程施工组织设计规范》(DL/T 5397-2007)第4.4.9条的规定，导流泄水建筑物封堵工程施工期其进出口的临时挡水标准在该时段5年～20年重现期范围内选定，封堵施工期临近或跨入汛期时应适当提高标准。其出口围堰需具备50年一遇防洪标准，流量为7310m3/s，相应的水位为1995.46m。因此，相比下闸方案1导流隧洞封堵施工期安全风险略高。

下闸方案3：与下闸方案1、方案2对于2#导流隧洞封堵安排基本一致，其施工期导流标准水位一致。1#导流隧洞封堵安排在2021年3月-2021年7月，可在主汛期到来之前完成上游段堵头混凝土浇筑，其下游段堵头混凝土、灌浆工程需在汛期高水位工况下施工约2个月。由于1#导流隧洞封堵体为主跨汛期施工，其出口围堰需具备50年一遇防洪标准，流量为7310m3/s，相应的水位为1995.46m。下闸方案3是三个方案中导流隧洞封堵施工期安全风险相对最高的。

2.4.3 下闸撤离比选

三种下闸方案从蓄水至导流隧洞进口平台高程2023.00m历时均满足两条导流隧洞启闭机拆除时间要求，满足撤离需要，见表1。

表1 从导流隧洞下闸到蓄水至高程2023.00m历时

2.4.4 推荐方案的确定

综合考虑下闸和封堵风险、大坝施工进度等因素，三个方案技术上均可行，但是方案1安全风险最低。通过增加资源投入，加快建设进度，可以实现方案1的下闸时间目标，因此，最终推荐采用下闸方案1。

3 水库蓄水过程计算

采用选取的P=25%、50%、75%的来水保证率年份相应蓄水时段(1月-6月)的逐日入库流量[4]，按满足下游用水需求通过电站的不同泄流设施下泄上游来水，通过水量平衡计算杨房沟水电站初期蓄水时段的水库蓄水过程[5]。

根据计算成果分析得出，在来水保证率P=75%情况下，杨房沟水库从2021年1月1日开始蓄水时，至2021年4月30日时水库水位2025.80m，低于控制水位2045.00m，降低导流隧洞下闸后堵头施工期安全风险。水库水位蓄至机组带水调试的目标水位2077.40m的时间为2021年5月17日，蓄水历时约137d，满足早于2021年5月20日的目标时间要求。水库水位蓄至电站首台机组投产发电的目标水位2088.00m(水库死水位)的时间为2021年5月21日，蓄水历时约141d，满足不迟于2021年6月30的目标时间要求。

考虑杨房沟水电站定于2021年7月首台机组发电的目标工期的重要性，除对选取的保证率P=75%上游来水情况水库蓄水过程进行了分析计算外，对出现特枯年份(相应来水保证率P=98%)来水情况时水库相应的蓄水过程情况进行了分析计算。经计算，当上游来水出现特枯年份时，2021年5月20日电站机组带水调试时的水库水位仅蓄至2014.81m，距目标水位2077.40m低了约62.59m；水库水位蓄至电站首台机组投产发电水位2088.00m的时间是2021年6月17日(不考虑安排两河口水库同步蓄水)，早于2021年6月30日，满足蓄水发电的时间要求。由此分析可知，若初期蓄水期间上游来水出现特枯情况时，水库蓄水过程可能存在不能满足机组带水调试的要求，但能够满足首台机组投产发电的时间要求。

杨房沟水电站生态泄放孔采用无闸门控制自由敞泄方式下泄水量，底高程为1988.50m。杨房沟水库蓄水起始时间是2021年1月1日，P=75%来水流量时的起蓄时刻的入库流量为332m3/s，根据2#导流隧洞的泄流曲线查读的起蓄水位是1991.73m，虽然高于生态泄放孔底高程1988.50m，但生态泄放孔相应过流能力仅为85.09m3/s，小于下游河道生态环保流量145m3/s，随着蓄水量的增加，水库水位逐渐抬升，至生态泄放孔过流能力达到145m3/s时需要时间约为3.2h，表明在水库初期蓄水开始时若两孔闸门同时下闸，存在部分时段下泄流量小于145m3/s的现象，因此考虑该时段内将采取1#导流隧洞单孔闸门短时间内延迟下闸的措施确保下泄流量。经计算，1#导流隧洞单孔过流时，坝前水位为1998.04m，对应的生态泄放孔过流能力为145.03m3/s，满足下泄流量要求。

图2 杨房沟水库P=75%来水频率下水库入库

图3 杨房沟水电站初期蓄水阶段库水位变化过程(P=75%)

4 水库蓄水实际过程

2020年11月7日9时25分，2#导流隧洞顺利下闸就位，下闸时流量为767m3/s，坝前水位为1992.80m。2020年12月30日10时11分，1#导流隧洞闸门顺利下闸，下闸时流量为369m3/s，坝前水位为1991.41m，水库正式开始蓄水。水库蓄水后，拱坝等主要水工建筑物、拱肩槽边坡、上游库区边坡等均处于正常状态。

根据下闸蓄水计划，至2021年4月30日通过泄洪中孔控制坝前水位不超过高程2045.00m。第二阶段蓄水计划于2021年5月1日开始，至5月20日蓄水至高程2077.40m满足机组调试要求，至6月30日蓄水至死水位2088.00m满足首台机组发电要求，之后根据上游来水情况水库逐步蓄水至正常蓄水位2094.00m。工程成功下闸蓄水为2021年7月首台机组投产发电奠定了坚实基础。

5 结语

杨房沟水电站通过建设模式创新，通过精心组织施工，优化工艺设计，增加资源投入等，为水库提前蓄水奠定了基础。在初期蓄水阶段，对下闸蓄水方案进行了合理规划，选择了保证性高的下闸时间，采用了导流隧洞+生态泄放孔+中孔的组合方式确保下泄流量，保证了蓄水阶段的导流和度汛安全，可供类似工程参考。