回龙山水电站生态流量机组工程布置方案研究

张 逍，杨 宇

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

1 工程概况

回龙山水电站位于浑江中下游、辽宁省东部山区，距上游桓仁水电站44.0 km，距下游太平哨水电站35.6 km，库区两岸为陡峭山体，峡谷幽长，河床开阔、平坦。电站于1969 年5 月15 日主体工程开工，1972 年9 月27 日下闸蓄水，同年10 月18日第一台机组并网发电，1977 年10 月竣工。

回龙山水库总库容1.23 亿m3，属大（2）型水利工程，大坝为Ⅱ级建筑物。水库大坝坝型为混凝土重力坝，工程设计时大坝设计洪水标准为100 年一遇、校核洪水标准为500 年一遇。大坝坝址以上控制流域面积12 500 km2，设计多年平均入库流量172.0 m3/s。水库正常蓄水位为221.0 m，相应库容为0.90 亿m3；设计洪水位为221.7 m，相应库容为0.98 亿m3；校核洪水位为223.8 m，相应库容为1.23亿m3；调节库容为0.18 亿m3。

回龙山电站以发电为主，设计水头26.0 m，安装2 台36.0 MW 轴流转浆式机组，设计年发电量2.74 亿kW·h，为日调节型的混凝土重力坝。电站主要建筑物：混凝土重力坝，坝顶全长567.3 m，最大坝高35.0 m，坝顶高程为225.0 m；溢流坝段设有13个开敞式溢流孔（孔口尺寸为12.0 m×12.0 m）；1 条长650.0 m 的城门洞型断面引水隧洞；1 座调压井（直径20.0 m、高42.0 m）；2 条长73.7 m 的压力钢管（直径7.0 m）；引水式地下厂房，尾水平台高程198.0 m；地下开关站。

由于回龙山电站建设较早，当时未考虑下游河道生态环境问题，回龙山坝址下游有8.0 km 减水段，对河道生态环境产生一定影响。根据现行的环保政策要求，回龙山水库须泄放一定的基流以满足下游河道的生态环境要求。

2 生态流量确定

目前，国内河道生态流量的计算方法有很多种，工程设计常用的主要有水文学法和水力学法。因河道生态流量受上下游河道特性、流域水文、气象、社会经济等综合影响，考虑回龙山水电站为已建成运行多年的电站，此次依据NB/T 35091-2016《水电工程生态流量计算规范》，结合流域特征及相关资料，选择蒙大拿法、7Q10 法、Qp法和湿周法等多种方法计算生态流量，并通过对比分析各方法计算成果确定回龙山坝址下游河道生态流量，见表1。

此次选取各方法中计算流量的最大值，即蒙大拿法计算成果作为推荐的回龙山坝址下游河道生态流量，为17.2 m3/s。

3 生态流量泄放

为满足泄放17.2 m3/s的环境流量要求，可采用生态放流管直接排放和安装生态机组两种措施。

直接排放措施初步估算损失电量0.24亿kW·h，相当于损失保证出力3.0 MW，占回龙山水电站保证出力的17.0%，且工程实施比较困难。在满足生态环境流量要求情况下，安装生态机组不仅不损失电能，还有可能增加部分季节性电能，且工程实施难度不大。因此，从环保要求及水能利用的角度分析，需要研究考虑装设生态机组，解决回龙山电站生态放流问题。

4 方案比较

生态流量机组装机方案拟定两种方案。

1）方案一：在左岸挡水坝段后安装生态机组。30 号挡水坝体局部开口，在挡水坝体开口两侧新建引水导墙，形成生态机组的进水前池。考虑冻冰厚度影响，坝体开口至215.0 m 高程，开口宽度为5.3 m，为使坝上交通不中断，在开口部位新建坝上交通桥，桥面宽8.0 m。引水导墙、进水口按枢纽拦河坝建筑物标准设计，坝顶高程为225.0 m，上游两侧引水导墙顶宽8.0 m，与挡水坝段相连接，单侧长42.0 m。进水口依次设置一孔拦污栅、一孔检修闸门、一孔事故闸门，尺寸分别为5.3 m×7.6 m（宽×高，下同），5.3 m×4.5 m，5.3 m×4.0 m。厂房采用地面式，布置1 台轴流式水轮发电机组，安装间布置在厂房左侧，GIS 室布置在安装间左侧，主厂房尺寸为25.0 m×15.0 m×35.2 m（长×宽×高，下同），安装间尺寸为19.6 m×15.0 m×23.7 m，GIS 室尺寸为9.0 m×15.0 m×10.0 m。尾水建筑物由尾水管、尾水平台和尾水渠组成。尾水管由肘管段与扩散段组成，扩散段为一孔布置，设置1扇平板检修闸门，闸门孔口尺寸为5.3 m×4.6 m。尾水平台地面高程为209.0 m，与厂区地面高程相同，尾水渠紧接尾水管出口布置，渠底宽5.3～17.5 m，以1∶4 反坡与下游河道相接，反坡段采用30 cm 厚的混凝土护底。该方案施工工期约22 个月，工程投资约0.92 亿元。

2）方案二：在库区左岸新建引水系统，在左岸岸坡下安装生态机组。发电厂房为引水式地面厂房。与方案一相比，发电厂房布置不变，仅是发电引水系统发生变化，该方案引水系统由进水口、引水隧洞组成。进水口总长度为41.0 m，顶高程为225.0 m；按结构形式划分为4 段，由上游至下游依次为进口平直段、喇叭口收缩段、检修闸门井段和与引水隧洞相衔接的渐变段。设置一孔拦污栅门及一孔检修闸门，拦污栅孔口尺寸为3.0 m×7.6 m，检修门孔口尺寸为3.0 m×3.0 m。引水隧洞由左坝肩上游侧绕至左坝肩下游侧，总长度为280.0 m，过流断面为圆形，隧洞内径为3.0 m。引水隧洞后接钢岔管，后经渐变段与厂房蜗壳相接，蜗壳进口尺寸为5.3 m×3.0 m，出洞后机组引水压力管道长20.0 m。左岸地质由上至下由安山岩、凝灰质粉砂岩、凝灰角砾岩、凝灰岩构成，岩石较完整，强度高，成洞条件好，适合隧洞开挖。但进水口施工时需要在库区做围堰，且紧邻库边挖洞，施工过程中不确定因素较多，可能会出现水下施工情况，施工难度大。该方案施工工期约30 个月，工程投资约1.35 亿元。

综上所述，方案一与方案二相比，无需在水库里做施工围堰，待坝后引水导墙、厂房施工完毕后，通过降低库水位方式进行大坝局部开口施工，使影响原回龙山电站发电量降至最小，且具有施工布置简单、施工干扰小、工程投资低等优点，故推荐采用方案一。

5 推荐方案生态流量机组工程布置

1）发电厂房布置

同方案比较中方案一布置。

2）厂区布置

回龙山生态流量机组方案建筑物布置依次为主机间、安装间、GIS 室，变压器及出线布置在安装间上游墙侧，厂区平台由厂区挡墙及进水口围填而成，呈U 形布置，厂区高程为209.0 m。厂区平台尾水侧长29.8 m、宽20.0 m，设有厂区挡墙，并与进厂道路相接；左端侧长50.0 m、宽15.0 m，上游侧长24.7 m、宽15.0 m，按1∶2 坡比填筑而成。

3）进厂道路布置

大坝左侧已有1 条上坝公路，公路路面高程为225.0 m，左岸岸坡坡度约40°，较陡峭，故采用路-桥结构形式布置进厂道路。进厂道路纵向坡度为5%，路面宽7.5 m、长320.0 m。

4）发电厂房基础处理

发电厂房坝段所在的主河床左岸基础主要由凝灰岩构成，部分为灰岩，局部有岩脉，岩石坚硬，但节理裂隙发育，须进行固结灌浆处理。固结灌浆孔间、排距均为3.0 m，呈梅花形布置，深入基岩5.0 m。

根据NB/T 35026-2014《混凝土重力坝设计规范》，坝高在50.0 m以下，岩体相对隔水层的透水率为5 Lu，防渗帷幕应深入到该岩层内3.0～5.0 m。根据挡水坝体帷幕灌浆已处理情况，机组引水导墙和进水口须进行帷幕灌浆处理。帷幕灌浆孔间距为2.0 m，深入基岩42.0 m。

5）电力送出

回龙山生态机组工程位于桓仁县已建回龙山水电站大坝左岸挡水坝段后，系利用挡水坝段局部开口进行生态机组装机的改造工程。枢纽主要建筑物由引水建筑物、发电厂房组成。工程按现在正常蓄水位221.0 m 高程，安装1 台轴流式水轮发电机组，单机额定容量为3.2 MW。

根据已建回龙山水电站现有条件，改造后的生态机组电力送出通过主变压器及一回66 kV 出线，接入已建回龙山水电站66 kV 变电站。线路长度约1.5 km，每200.0 m 设置一单塔。

6 结语

在不影响已有回龙山水电站正常发电与不改变大坝水利枢纽防洪任务的前提下，结合坝址处已建建筑物布置情况安装生态机组是该工程的一大难点。推荐的挡水坝体局部开口并在两侧新建引水导墙引水的方案，使影响原回龙山电站发电量降至最小，工程投资也最低。该设计成果丰富了电站增加生态流量机组的案例，为类似项目提供了建设性的参考和借鉴。