息县枢纽水电站生态基流设施设计方案研究

崔 培 贾 军 欧 勇

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概况

息县枢纽水电站工程位于息县八里岔乡，淮河息县水文站下游约6.7km 处，在建枢纽节制闸右岸，为河床式水电站。水电站主要建筑物级别为1 级，设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准200年一遇。水电站设计装机规模8000kW，厂内安装4 台立式轴流水轮机机组，3 台大机组和1 台生态机组。水电站额定发电水头8.2m，最大水头10.5m，最小水头6.0m，额定引水流量114m3/s。水电站年发电小时数为3629h，年发电量2900 万kW·h。

2 生态基流下泄要求

生态基流是指河道最小流量应满足的最低要求，根据本工程相关规划和设计成果，淮河息县枢纽断面8月21日—次年6月10日的生态基流为12.87m3/s，6月11日—8月20日的生态基流为38.60m3/s。

上游正常蓄水位39.20m 情况下，节制闸单孔局部开启0.25m 可满足生态最小流量38.6m3/s 需要；但满足12.87m3/s 生态基流下泄时闸门局部开启不易控制。因此需单独设生态基流泄水孔，以满足8月21日—次年6月10日12.87m3/s 的生态基流下泄要求。

3 生态基流设施方案比选

3.1 方案设计思路及原则

（1）在水电站正常运行期间，生态基流设施应处于关闭状态，由电站发电流量代替生态基流设施下泄流量。

（2）在水电站检修期间，生态基流设施启用，进行生态基流的下泄。

（3）生态基流设施的设计应充分结合枢纽建筑物的布置及运行方式，且不得影响其他建筑物的功能和使用安全。

（4）生态基流设施的设计应充分考虑下泄水流对下游建筑物的冲刷作用，设置必要的消能防冲设施，确保其长效、安全、稳定运行。

3.2 生态基流设施供选方案

结合枢纽节制闸及水电站布设情况，对生态基流设施进行设计。结合枢纽节制闸设计，可采用在节制闸两侧埋设管道的方案；结合水电站设计，可采用在厂房内专门设生态基流泄水孔的方案，根据泄水孔在厂房内的位置又可分为边孔布置方案和中孔布置方案。三种设计方案具体如下。

3.2.1 方案一：节制闸两侧埋管方案

在枢纽节制闸两侧翼墙内部各预埋1 根DN2000钢管进行生态泄流，每根钢管设置1 台套调流阀，同时管道上设置流量计及压力传感器；为便于检修调流阀，在调流阀前设置1 台手动球阀，下游设置侧翻式拍门；上游手动球阀可在线检修，下游拍门可在非汛期时采用打围堰检修。预埋泄流钢管左、右岸对称布置，入口布置在上游护底段翼墙墙身，进口管中心线高程30.20m；出口布置在下游消力池段翼墙墙身，出口管中心线高程29.00m。

3.2.2 方案二：水电站厂房内边孔方案

在水电站主厂房内最右侧设一道生态基流放水孔，根据下泄流量大小，初步确定生态基流进口孔口尺寸2.00m×2.50m（宽×高），孔口进口底高程25.68m（与两侧机组进水流道底高程同高），出口底高程23.56m。上游侧布置2 道闸门：1 道工作闸门+1 道检修闸门。边孔布置方案见图1。

图1 方案二边孔布置方案图

3.2.3 方案三：水电站厂房内中孔方案

在水电站主厂房内中间位置设一道生态基流放水孔，孔口尺寸、进出口高程及闸门布置等均同方案二一致。中孔布置方案见图2。

图2 方案三中孔布置方案图

3.3 生态基流设施方案比选

三种供选方案均可满足下泄生态基流的要求，但又各有优缺点。从结构型式、施工、运行管理、投资等方面进行分析比较。

方案一采用钢管结构，可利用下游节制闸防冲设施，消能防冲要求相对较低；因钢管埋设于翼墙内，与翼墙交叉影响较大，工序复杂，施工难度较大，后期维修管护难度较大；投资较高。

方案二和方案三为钢筋混凝土结构，与水电站形成整体结构，具有更好的耐久性及稳定性；与水电站同步施工，施工难度较小；采用闸门控制，运行稳定性较好，且检修维护难度较小；投资较低。

方案二和方案三运行水头较高，对消能防冲要求较高；此外方案二由于生态基流泄水孔布置在边侧，泄水孔正冲下游护坡坡脚，不利于边坡稳定。因此经综合分析，推荐方案三。

4 生态基流泄流计算

生态基流设施下泄流量按12.87m3/s 复核，过流流量计算公式按《水闸设计规范》（SL265-2016）附录A.0.3 平底闸门闸孔出流确定。

下游水位按电站正常尾水位28.40m 确定，过流宽度为2.00m。在上游正常水位39.20m 至生态水位33.00m 范围进行过流能力复核计算，不同水位对应闸门开度均有所不同，经计算上游不同水位下相应闸门开度的过流流量计算结果见表1。

表1 生态基流孔泄流计算表

通过计算，闸门尺寸选用2.00m×2.50m（宽×高）可满足不同水位下的泄流要求，尺寸选择较为合理。

5 消能防冲复核

5.1 设计复核条件

生态基流设施消能防冲按上游正常蓄水位39.20m，下游最低尾水位27.70m 复核。生态基流泄水孔纵剖面见图3。

图3 生态基流泄水孔纵剖图

5.2 消力池设计复核

消力池需复核池深和池长，按《水闸设计规范》（SL265-2016）附录B.1 计算公式进行复核。经复核计算，消力池计算深度d=0.55m，消力池计算长度Lsj=30.81m。设计消力池深0.80m，满足计算深度要求；设计消力池长度为：斜坡段+水平段长，总长34.49m，满足计算长度要求。

5.3 海漫长度复核

海漫需进行长度复核，按《水闸设计规范》（SL265-2016）附录B.2 计算公式进行复核。

海漫段河床土质为坚硬粘土，长度计算系数取7，海漫计算长度Lp=32.71m。设计消力池后接水电站尾水池，顺水流向水平投影长24.00m，尾水池后接水平段护底，长15.00m。斜坡段水平投影及水平段护底总长39.00m，满足海漫长度计算要求。

6 结语

本文结合河南省大别山革命老区引淮供水灌溉工程息县枢纽水电站工程实例，从生态基流设施的设计思路、方案比选、泄流计算、消能防冲等方面进行了阐述，最终确定结构型式更为安全、运行更为长效稳定、检修维护更为便捷且更经济的站身闸孔泄流方案，为生态基流的稳定、安全下泄提供了强有力的保障，可为类似工程的设计研究提供参考与借鉴■