夹岩水利枢纽工程下闸蓄水及河道生态流量保障方案选择

◎ 管贤 余秋兰 贵州省水利投资集团有限责任公司

1.引言

夹岩工程2015年10月正式开工建设，通过参建各方精心组织施工，至2021年12月，夹岩工程涉及下闸蓄水验收的工程部位均已按设计要求施工完成，施工质量合格，并按规定将分部工程质量等级、重要隐蔽（关键部位）单元工程报质量监督机构核定（备），夹岩工程挡水建筑物的形象面貌已满足蓄水位的要求；蓄水淹没范围内的移民搬迁安置和库底清理已完成并通过验收，涉及下闸蓄水阶段验收的各项工作均已完成，已具备下闸蓄水条件。2021年9月～11月，水利部水规总院编制完成《贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程蓄水安全鉴定报告》。蓄水安全鉴定结论认为夹岩工程具备2021年12月下闸蓄水条件。

2014年9月，原环境保护部对《夹岩水利枢纽及黔西北供水工程环境影响报告书》进行批复。2015年4月，水利部出具《关于贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程初步设计报告的批复》。环评批复要求：制定工程蓄水和运行调度环保方案，提出满足生态与环境要求的流量下泄过程线，确保下泄生态环境用水，水库蓄水和运行期间，通过生态泄水设施、泄洪设施和机组发电泄放不少于12.1立方米/秒生态流量，其中4月至7月为满足鱼类繁殖要求，每月制造一次持续80小时的洪水涨落过程，峰值流量不低于54.1立方米/秒。当天然来流量小于最小下泄生态流量时，按坝址处天然实际来流量进行下泄。建立生态流量在线监测系统，进行实时监控。初设批复指出：夹岩水库从蓄水期至水库正常运行期，均可通过导流洞兼生态放水洞等泄流设施和生态流量小机组、生态旁通管下泄12.1立方米/秒生态基流；水库生态调度运行方式满足报告书提出的鱼类产卵期人造洪峰下泄要求[2]。

由于初设阶段对下放生态水重要性认识不够，原下闸蓄水设计方案在初期蓄水时会出现短时间不满足12.1m³/s生态流量、影响下游生态的情况，在施工图阶段通过复核，为了满足下放生态流量12.1m3/s的要求，需进行下泄生态流量的生态管和蓄水方案的重新设计，2021年8月，设计单位提交了满足生态流量下放的蓄水方案。

2.蓄水方案

2.1 蓄水方案比选[1]

根据各泄水建筑物进水口高程、闸门挡水高度、生态水泄放要求，结合长江委专家提出放空洞参与下放生态水的可行性，以减轻导流洞二期堵头在汛前施工的风险，拟定如下三个下闸蓄水计划方案：

方案一：水库从蓄水开始至正常蓄水位1323m划分为3个阶段。

第1阶段：从导流兼生态放水洞封堵蓄水至泄洪洞进口高程1266.5m，下泄生态环境流量设施为：导流洞堵头内生态管。

第2阶段：从泄洪洞进口高程1266.5m～死水位1305.0m，下泄生态环境流量设施为：泄洪洞控泄。

第3阶段：从死水位1305.0m蓄水至正常蓄水位1323.0m，下泄生态环境流量设施为：小机组旁通管。

方案二：水库从蓄水开始至正常蓄水位1323m划分为4个阶段。

第1阶段：从导流兼生态放水洞封堵蓄水至放空洞进口高程1243.5m，下泄生态环境流量设施为：导流洞堵头内生态管。

第2阶段：从放空洞进口高程1243.5m蓄水至泄洪洞高程1266.5m，下泄生态环境流量设施为：放空洞全开敞泄（平板闸门不能局开）。

第3阶段：从泄洪洞高程1266.5m～死水位1305.0m，下泄生态环境流量设施为：泄洪洞控泄。

第4阶段：从死水位1305.0m蓄水至正常蓄水位1323.0m，下泄生态环境流量设施为：小机组旁通管。

以上两个方案比较见表1。

表1 下闸蓄水过程方案比较表

综上：由于方案二放空洞进口平板闸门无法局部开启，需要全开下放生态水，下放流量较大，导致水库难以蓄水至泄洪洞底板高程，蓄水过程需要来一场10年一遇洪水，方能将库水位冲高至泄洪洞底板高程，由于发生10年一20遇洪水几率小，不建议推荐该方案。方案一：主要缺点是导流洞二期堵头需要在汛期施工，以及导流洞内生态阀需要经历汛期高水位考验。导流洞二期堵头施工风险可通过加高下游围堰、加大基坑抽水量加强水情预报来降低导流洞二期堵头汛期施工风险；遇到超标准洪水时，可撤离人员设备，洪水过后重新组织施工。生态阀承受高水位考验问题可通过如下方式解决：导流洞内生态阀设计压力等级为1.0MPa，对应最大水库水位为1314.0m，大于起调水位为1305.0m时遭遇500年一遇度汛标准洪水位1311.99m（泄洪洞、溢洪道联合泄洪），满足生态阀闸门挡水要求。超标准洪水来临时，可同时开启放空洞、泄洪洞、溢洪道闸门，加大下泄流量，确保水位不超1314.0m。鉴于方案一两个缺点均有补救措施，建议推荐方案一作为下闸蓄水过程控制方案，通过进一步完善和细化施工措施和蓄水过程，并制定超标准洪水应急预案，来减小汛期度汛风险。

2.2 蓄水时间

根据设计单位提交的《初期下放生态流量方案设计变更及下闸时间论证分析报告》，结合工程施工进度及验收情况、征地移民、库区清理及地质灾害隐患处理、流域洪水特性、结构复核分析，导流洞已于2021年9月下闸，导流兼生态放水洞下闸、水库蓄水时间定在2021年12月择时进行。

2.3 上下游用水要求

蓄水阶段均匀下放环境水量12.1m3/s，满足下游生态用水要求。水库蒸发、漏损按照当月净来水的2.5%计算，本次蓄水考虑预留库区内集镇、农村人饮用及灌溉用水等年预留水量为6070万m3。

2.4 蓄水期间泄水设施及相关设计水位

蓄水期间，泄水建筑物为：导流洞、导流兼生态放水洞、放空洞、泄洪洞、溢洪道。

施工期间，导流兼生态放水洞闸门最大挡水水位为1270m；导流兼生态放水洞堵头前隧洞结构衬砌最大挡水水位为1260m。导流洞闸门挡水最大水位为1286m；堵头前隧洞结构衬砌最大水位为1257.98m；导流洞内生态阀挡水最大水位为1314.0m。

2.5 下闸蓄水程序

第一步：下闸前，修建导流洞至导流兼生态放水洞进口的明渠（破除左侧壁导流洞明洞段）；第二步：完成导流洞、初期生态放水兼导流洞闸门启闭系统的安装与调试；第三步：下闸导流洞闸门，进行导流洞临时堵头施工及阀门、生态钢管的安装；第四步：提起导流洞闸门、拆除启闭系统；第五步：导流兼生态放水洞下闸，进行导流兼生态放水洞永久封堵体施工；第六步：水库进行首次蓄水，由两根生态管下放生态流量；第七步：导流兼生态放水洞一期堵头具备挡水条件，关闭放空洞闸门；第八步：水库蓄水位至泄洪洞1266.5m高程后，关闭生态管阀门，由泄洪洞控泄下放生态流量，利用导流洞一期堵头挡水，进行导流洞二期堵头施工；第九步：水库蓄水至1305.0m高程后，关闭泄洪洞闸门，由坝后电站生态管或机组发电下放生态水；第十步：导流洞二期堵头施工完成并具备挡水条件前，通过生态管或机组发电或其他泄水建筑物泄水，维持水库蓄水位不高于1305.0m；第十一步：导流洞二期堵头完成后，水库逐步蓄水至正常蓄水位1323.0m，蓄水正式完成。

2.6 蓄水过程控制条件

（1）2022年3月底，完成导流兼生态放水洞堵头施工，避免枯期洪水位超过导流兼生态放水洞临时封堵闸门及堵头前隧洞衬砌结构挡水最大水位1260.0m。

（2）导流洞内生态阀在水库水位蓄水至1266.5m时关闭，开始导流洞二期堵头施工，避免水库生态环境水断流。

（3）导流洞二期堵头施工完成前，应控制水库蓄水位不超过1305.0m，避免汛期洪水位超过导流洞内生态阀挡水最大水位为1314.0m。

图1 导流兼生态放水洞、泄洪洞、放空洞布置图

图2 电站发电尾水和小机组旁通生态管下放管布置图

（4）蓄水过程中水位变幅控制水位上升速率不大于2.0m/天，下降速率不大于1.0m/天，确保建筑物及边坡安全。由于1266.5m以下无可控制流量的泄水建筑物，蓄水水位上升和下降速率按天然入库径流自然变化，不做控制。

（5）蓄水过程中加强建筑物及边坡安全监测工作，出现观测异常情况，应分析及时原因，必要时暂缓蓄水或降低水库水位运行。

2.7 下闸蓄水历时计算

根据《水利工程水利计算规范》，库初期蓄水采用“典型年法”，分别按保证率75%、50%、25%入库水量进行不同方案水库蓄水计算。根据水库2021年12月下闸蓄水的施工进度安排，考虑水库径流、上下游用耗水等因素，仅考虑下放环境水生态水量一次性蓄水，从蓄水时间分析，水库偏丰水年、平水年、偏枯水年蓄水至正常蓄水位1323.0m时间分别为257天、305天、550天。

3.蓄水生态流量保障措施

根据《贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程环境影响报告书》及批复要求，生态环境流量按不小于12.1m³/s下放。下放生态流量设施从水库蓄水开始至正常蓄水位1323m分为3个阶段：

第1阶段：从导流兼生态放水洞封堵蓄水至泄洪洞进口高程1266.5m，下泄生态流量设施为：导流洞堵头内生态管。

导流洞2021年9月下闸后，利用安装导流洞堵头内分别埋设一根1m和一根1.2m生态管，下泄不小于12.1m3/s生态流量，生态管安装中心高程为1214.46m。

第2阶段：从泄洪洞进口高程1266.5m～死水位1305.0m，下泄生态流量设施为：泄洪洞。

泄洪洞布置在左岸，净空断面尺寸为6.2×8.59m城门洞，进口底板高程1265m，洞身段为无压隧洞。通过控制闸门开度值，能保证生态流量下泄不小于12.1m³/s。

第3阶段：从死水位1305.0m蓄水至正常蓄水位1323.0m，通过设置的小机组旁通生态管或电站发电尾水下放生态流量。坝后电站最1台小机组单机容量18MW，额定流量18.62m³/s，最小发电流量8.37m³/s。电站引水系统布置在大坝右岸，由进水口、引水隧洞和压力钢管等组成。生态管采用压力钢管，直径为1.0m，采用调流阀控制下泄流量。

4.结语

2021年12月28日，夹岩工程水库根据下闸蓄水方案实现大坝下闸蓄水，顺利实现导流洞封堵并通过导流洞生态放水管下放生态流量；2022年5月，水库蓄水至1266.5m泄洪洞进口高程，永久关闭导流洞生态放水管，顺利实现导流洞完全封堵通过泄洪洞下放生态流量。2022年5月，夹岩工程水库蓄水至1266.5m泄洪洞进口高程，永久关闭导流洞生态放水管，顺利实现导流洞完全封堵通过泄洪洞下放生态流量；2022年10月，水库蓄水至1295m发电引水隧洞进口高程，实现电站首台机组发电试运行，水库同时通过泄洪洞和发电尾水下放生态流量，从而确保了水库顺利下闸蓄水同时确保下游生态流量的下放，保障了水库下闸蓄水期间下游的生态环境保护[3]。