两河口水电站第一阶段蓄水方案比选研究

伍 远 朋， 武 晓 杰

(1.雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 6100511；2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 611130)

1 概 述

两河口水电站工程为一等大(Ⅰ)型工程，位于四川省甘孜藏族自治州雅江县境内的雅砻江干流上，电站水库是雅砻江干流中、下游的控制性工程，控制流域面积6.57万km2，多年平均流量666 m3/s。水库正常蓄水位2 865.00 m，总库容为107.67亿 m3，死水位2 785.00 m，调节库容65.60亿m3，具有多年调节能力。电站安装6台500 MW的水轮发电机组，多年平均发电量110亿kWh。枢纽建筑物由砾石土心墙堆石坝、左岸洞式溢洪道、深孔泄洪洞、旋流竖井泄洪洞、放空洞、中期导流洞、右岸输水发电系统建筑物、初期导流洞等组成[1]。

下闸蓄水是水电工程建设中重要的一环，是电站顺利投产发电的基本条件。工程大坝为300 m级高土石坝，分三层布置5条导流洞，其中初期导流洞为右岸低高程的1、2号导流洞，中期导流洞为左岸中高高程的5号导流洞，后期导流洞为左岸高高程的3、4号导流洞。工程蓄水历时长、条件复杂、技术难度大，下闸蓄水的方案是否科学合理，对工程能否如期实现发电目标至关重要。因此，为正确地指导下闸蓄水等相关工作，设计单位对方案开展了一系列的专题讨论，本文仅对第一阶段蓄水方案的比选进行研究分析。

2 径流来水分析

2.1 多年平均径流来水分析

电站坝址与雅江水文站区间面积为130 km2，仅占雅江水文站的0.2%，因此，坝址径流直接采用雅江水文站成果。根据雅江站1952年6月～2012年5月径流系列统计，多年平均流量666 m3/s，折合年径流量为210亿m3。径流的年内分配与降水的年内分配基本一致。6～10月为丰水期，主要为降水补给，水量约占全年的75.4%。11月至次年5月为枯水期，主要由地下水补给，水量占全年的24.6%。雅江站径流年际变化不大，最大年平均流量996 m3/s(1965年6月～1966年5月)，是多年平均流量的1.5倍，最小年平均流量424 m3/s(1973年6月～1974年5月)，是多年平均流量的0.64倍。最枯流量多发生在1～3月，历年实测最小流量94.00 m3/s(1974年1月4日)。

2.2 初选下闸时机径流来水分析

根据可行性研究成果、下闸设计要求和蓄水计划，初期导流洞宜安排在枯水期前段(11月上旬～12月上旬)下闸。为减少枯水期蓄水对下游梯级电站发电量的影响，应根据水文流量统计及水情预报情况，选择汛末10月择机下闸，且实际来水流量满足下闸标准。

另外，根据2006～2019年每年10月的实测流量分析可知，近14年10月存在流量小于550 m3/s的情况，10月择机下闸蓄水有一定的可行性。

结合分期洪水可知，10月5日之前仍属于主汛期，因此，初期导流洞下闸宜选择在10月中旬至12月上旬之间进行。

3 初期导流洞下闸方案比选

3.1 方案拟定

初期导流洞可能的最早下闸时间为2020年10中旬，最迟下闸时间为2020年12月上旬。考虑到下闸时间越晚，对初期导流洞封堵施工越不利，因此，拟定以下三个方案对初期导流洞下闸时间进行比较研究[3]：

方案一：2020年10月中旬下闸，下闸标准为10年一遇旬平均流量1 240 m3/s；

“根据情报和日军最近动向，日军将于近日发动大规模的春季会战。日军将此次会战定名为鄂西会战，其意图很明显，重在夺取石牌江防，打通水上通道，直取重庆我国民政府陪都所在地。下面，请陈总司令训话。”作战参谋部署完毕，向在座的长官行了一个军礼，闪到一边。

方案二：2020年10月下旬下闸，下闸标准为10年一遇旬平均流量888 m3/s；

方案三(可研审定方案)：2020年11月上旬下闸，下闸标准为10年一遇月平均流量550 m3/s。

3.2 各方案闸门挡水风险分析

初期1、2号导流洞各设有2孔封堵闸门，进口由中墩分成两孔，各设一扇封堵闸门。计划于11月初下闸，底坎高程为2 597.50 m，最高挡水水位为2 694.00 m，下闸水位2 606.10 m，考虑到下闸时可能遇到的意外情况，封堵闸门在水头为13 m(下闸后约30 min)以下时可动水启门，启闭机容量按此要求确定。闸门为平面滑动闸门，上游止水，采用滑道支承。

闸门的孔口尺寸为6 m×14 m-96.50 m/8.60 m(宽×高-设计水头，下同)，采用平面滑道支承，上游止水，在8.60 m水头下位动水关闭，最大启门水头为13 m。闸门总水压力为79 336 kN，门槽主要材质为Q345B。启闭机选用2 500 kN固定式卷扬启闭机，扬程为45 m，启闭机布置在EL.2658.00 m交通洞内，现地操作。

根据初期导流洞进水口闸门设计情况，方案一：1、2号导流洞每套封堵闸门需要另外增加20 t配重，启闭机容量由2 500 kN调整为3 600 kN。方案二：同方案一。方案三：1、2号导流洞启闭机容量为2 500 kN，杨程为45 m，待导流洞下闸完成后，本机回收，并将1号导流洞两台独立的2 500 kN启闭机改造为1台2×2 500 kN启闭机，应增加低速轴联轴器及传动轴一套。

由于方案一、二启闭机容量需要增加至3 600 kN，鉴于启闭机已经招标，要调整启闭机拟考虑两种子方案：

子方案1：维持原启闭机招标不变，另增加4台3 600 kN启闭机，专门用于导流洞闸门，启闭机不再借用。

子方案2：变更启闭机招标，维持启闭机借用关系不变，即《卷扬式启闭机采购》中洞式溢洪道检修闸门、旋流竖井泄洪洞事故闸门启闭机容量由2×2 500 kN调整为2×3 600 kN。采用子方案2，增加的费用相对较小，约598万元。初期导流洞启闭机容量调整后，首先是闸顶平台孔口宽度由2.20 m变为2.60 m，需要对原闸室顶部孔口进行适当扩大。其次，基础布置及荷载也发生变化，需要根据变化后的荷载对原导流洞竖井闸室进行结构安全复核。

3.3 初期水位上升速率分析

各方案初期导流洞下闸后蓄水规划基本相同，均在初期1、2号导流洞下闸后，由供水洞按94 m3/s生态流量控泄，待蓄至水位2 678.90 m时，供水洞下闸，5号导流洞按生态流量标准过流[4]。

根据来水概率对应的蓄水保证率计算得到：10月中旬下闸，库水位日最大上升速率为35.80～43.30 m/d；10月下旬下闸，库水位日最大上升速率为34.00～38.80 m/d；11月上旬下闸，库水位日最大上升速率为29.70～35.20 m/d。受初期蓄水期间泄水建筑物(供水洞)泄流能力影响，各方案库水位日最大上升速率基本相当，方案三日最大上升速率最小。由于库容较大，其初期蓄水库水位日最大上升速率与国内已建200 m级土石坝(瀑布沟、长河坝)比较接近。

3.4 初期导流洞闸门抛物孔封堵时间分析

考虑到初期导流洞下闸后可能存在的局部渗漏等情况，在导流洞闸门井前设置了抛物孔，以便进行堵漏，抛物孔封堵需要2～3 d工期，因此，要求闸门下闸后至库水位上升抛物孔封堵施工高程2 656.50 m时，至少不少于2 d。根据相关计算成果，方案一按5%、50%保证率蓄水，水位上升时间仅为1.2 d和1.8 d，均不能满足抛物孔封堵时间要求；方案二按5%保证率蓄水，水位上升时间仅1.6 d，同样不能满足抛物孔封堵时间要求；方案三无论是75%保证率、50%保证率和5%保证率，其水位上升时间均能满足抛物孔封堵施工要求。

3.5 防洪度汛保障分析

根据径流及洪水分期和近年来实测流量可知，10月份仍处于丰水期，来水流量较大，尤其是10月上半月，并未稳定退水，存在来洪水的可能性(2018年10月上旬出现一次约2 200 m3/s流量)。10月下半月，除去个别年份流量出现小幅度的波动，基本处于稳定退水状态。进入11月，退水状态则完全稳定。由此看来，方案一、二均存在10月的度汛风险，且方案一要高于方案二。但是，从近年实测流量看，方案一、二的风险可控。

根据分析，各方案初期导流洞下闸后，均能在2021年4月底前完成初期导流洞封堵施工，枢纽工程各部位形象面貌也能满足要求，因此，方案一、二、三对2021年度汛无影响。

3.6 初期导流洞封堵分析

若考虑到10月上半月仍有较大流量，导流洞按方案一在10月中旬下闸后即遭遇流量为1 980 m3/s20 a一遇的洪水，对应上游水位是2 722.63 m，比封堵期导流洞设计水位2 693.54 m高出29.09 m，比现阶段初期导流洞封堵闸门挡水水位2 694.00 m高出28.63 m。因此，方案一存在初期导流洞封堵期挡水水头超过初期导流洞衬砌及封堵闸门原设计挡水水头的风险，需要对导流洞竖井闸室、堵头前衬砌以及封堵闸门、门槽结构进行复核和加固工作。对于竖井闸室加固，可以安排在汛前实施；对于堵头前衬砌加固，无论是采用直接加固或者临时堵头方案，均只能在下闸后进行，而下闸后再进行施工，其承担的安全风险是无法排除的；对封堵闸门加固，可重新设计改造。；对于门槽加固，只能安排在枯水期进行，且两条初期导流洞需成互为导流洞，而对另一条导流洞门槽进行改造加固，目前已不具备完成门槽改造加固的施工条件。

方案二在10月下旬下闸。根据近年实测流量资料，10月下旬遭遇洪水的可能性小，因此，其下闸后封堵期间的风险低于方案一，而方案三则不存在上述风险。

方案一、二下闸后的堵头施工均与方案三一致，施工工期会相应地提前，对封堵施工进度有利。

4 初期导流洞下闸蓄水方案综合比选

初期导流洞下闸蓄水方案综合比选项目包括河道水文特性及下闸风险、生态供水要求、下闸后度汛要求、枢纽工程施工形象面貌、封堵设计与施工、移民安置等进行综合比较分析。初期导流洞下闸蓄水各方案综合对比分析见表1。

表1 初期导流洞下闸蓄水各方案综合对比分析表

根据初期导流洞下闸蓄水各方案综合对比情况，三个方案均不影响首台机组发电目标，方案一可能存在10月份遭遇洪水的风险高于方案二，给导流洞闸室、堵头前衬砌、封堵闸门等带来不利影响。方案一、二需要对已招标启闭机进行重新设计改造，并对竖井闸室顶部闸孔进行扩孔施工。

由于初期导流洞开工较早，原设计下闸标准是按11月10年一遇月平均流量550 m3/s进行设计。根据2006～2018年11月13年实测流量统计表分析，11月上旬出现小于等于550 m3/s流量的概率为53.8%，且主要集中在2012年之前。如果按2015～2019年5年统计，11月上旬出现小于或等于550 m3/s流量的概率仅为20%，由此可见，方案三下闸的保证率偏低。

根据以上分析，考虑到封堵期度汛风险，初期导流洞下闸推荐仍与可研及招标阶段方案基本一致，即2020年11月下闸。具体实施情况是：2020年11月1日2号导流洞下闸，2020年12月3日1号导流洞下闸；2020年12月11日晚5号导流洞顺利过流，2020年12月18日入库出库流量达到平衡，第一阶段蓄水任务顺利完成，5号导流洞敞泄，水位维持在高程2 682.00 m左右。

5 结 语

通过河道水文特性及径流来水分析、闸门挡水风险分析、生态供水要求、下闸后度汛要求、枢纽工程施工形象面貌、封堵设计与施工、移民安置等进行综合比较分析，确定了第一阶段蓄水方案[5]。从实施情况看，分析成果与实际情况基本相符。

(1)电站蓄水方案必须根据工程安全、下游生态环境用水需要、下游生产生活综合用水需要以及对下游梯级电站的影响来确定。同时，还要满足工程枢纽建筑物控制运用的工程安全性、形象面貌和最小下泄生态流量的要求。

(2)由于封堵期存在度汛风险，为保证初期导流洞竖井闸室抛物孔封堵、下游河道尾水清理等施工项目的安全，因此，初期导流洞下闸时间不宜再提前。因导流洞进水口淤积影响，使实际泄流曲线跟原设计方案有所差别，所以，初期导流洞封堵闸门下闸具体时机应同时参考竖井闸室封堵门前实测水位低于2 606.10 m进行选择。