大藤峡水利枢纽建设和运行期若干重难点问题及解决对策

王建平

（珠江水利委员会珠江水利科学研究院 水利部珠江河口治理与保护重点实验室 水利部珠江河口海岸工程技术研究中心，510610，广州）

一、研究背景

大藤峡水利枢纽是国务院确定的172项节水供水重大水利工程的标志性项目，是集防洪、航运、发电、水资源配置、灌溉等功能于一体的珠江流域关键控制性工程。大藤峡水利枢纽是低水头河床式水电站，河床式水电站多修建在河流河面较宽、比降较小的中下游河段上，由于地形相对平坦，不允许淹没更多的土地，只能修建较低的闸坝来适当抬高水头，不会形成大面积水库。最常见的布置方式是泄水闸（或溢流坝）建在河床中部，溢流前缘较宽，闸门孔数较多；水电站厂房建在一边或两边，厂房与坝排成一体，共同挡水；水电站所需水量直接从厂房上游侧引入厂房，不必修建专门的引水建筑物，以节省投资。河床式水利枢纽多建在水量丰沛河流上，坝一般不高，主要靠流量大出力，属低水头大流量型水电站。施工导流方式常对水利枢纽的总体布置选择具有重大影响。

在大藤峡水利枢纽工程设计阶段，开展了一系列专题模型试验研究，验证枢纽布置的合理性，复核泄水闸过流能力，验证泄水闸调度方案，评估消能防冲效果，优化船闸引航道口门区及航道连接段通航水流条件，论证施工导截流方案可行性等，为工程设计、建设及运行管理提供科学依据。工程建设时间长达9年，船闸试通航以及左岸机组投产发电运行已超过3 年，在工程实际建设和运行期间，因为水文情势、地形条件、施工工艺、运行规则、管理要求等方面发生了诸多变化，原有的部分专题研究成果已不能适应新的工程应用条件，对工程建设及运行期新出现的重难点问题及时开展相关研究是非常必要的。

二、问题分析

1.二期围堰拆除

根据大藤峡水利枢纽工程建设时间节点安排，二期围堰填筑完成后，在二期围堰挡水条件下，大藤峡水利枢纽下闸蓄水，投入初期运用，在右岸建筑物具备挡水条件后开始拆除二期围堰，右岸首台机组发电前完成拆除工作。

二期围堰拆除面临四大难题：①水下拆除工程量大。横向围堰土石方拆除总量为193.35万m3，纵向混凝土围堰拆除总量为15.79 万m3，而仅水下部分的土石方就达117.65万m3。②拆除工期紧。原计划围堰拆除工期为7个月，由于右岸首台机组发电时间节点提前1个月，工期调整为6个月。③限制条件多。拆除方案不得降低工程防洪标准，围堰拆除期间需保持46.7 m的库区水位，不得影响左岸船闸通航与一期机组发电的正常运行。④水下施工难度高。为避免围堰爆破石渣对右岸机组和泄水闸的运行影响，拆除方案选择效率相对较低的抓斗式挖泥船挖装方式；横向土石围堰采用基坑开挖料填筑，大颗粒占比大，水下拆除效率低；围堰防渗墙采用预注浆工艺施工，周围进行补强灌浆，结构强度大，拆除难度进一步增加。

二期围堰拆除工程量大、时间紧、限制条件多、难度高、任务艰巨，需要优化围堰拆除方案，减少围堰拆除对发电和行洪影响，降低拆除工程量与难度，缩短工期。

2.泄水闸分区调度方式

根据西江地理特点、气象特性、洪水特性等，大藤峡水利枢纽泄水闸采用多孔闸、高低孔相结合形式。多孔闸在正常运行期间通常采用部分开启方式，往往具有下泄单宽流量大、上下水位差大特点，闸下水流易形成涡流、回流等不良流态。工程设计阶段，针对泄水闸分区调度开展了一系列专题研究。随着工程建设的逐步推进，工程的实际建设方案和运行条件与初步设计方案相比也发生了一定变更，如二期上下游横向与纵向围堰拆除方案变化、泄水闸上下游附近岸滩开挖带来的河势变化、工程建设和施工扰动带来的下游河道地形变化、下游左右岸岸坡防护范围与结构形式发生调整、下游航道整治带来的坝下水位-流量关系曲线变化等。后续研究发现首启右区存在消力池断面水流左右不均、下游河床冲刷等问题，另外闸门开启边孔受关闭孔回流挤压，还会引起水跃拍打弧门箱梁的情况。由于工程运行条件发生较大变化，结合工程实际运行出现的问题，需要进一步优化泄水闸分区调度方案。

3.船闸下游航道连接段通航水流条件

枢纽下游主河槽河底高程约14.60～16.70 m，左侧滩地开挖航道连接段的高程为16.65 m，主河槽及航道连接段之间为高程20.00～22.00 m 的滩地。主河槽主流在引航道口门区附近分流，部分水流斜向进入航道连接段。黔江航段现状为五级航道，远期规划为二级航道。2022 年下游航道进行疏浚施工，2023 年后明显发现航道及连接段水面大幅度降低，导致航道连接段分流量和分流落差增大，分流水量集中汇入航道连接段，致使航道连接段内横向流速过大。主槽与航道连接段内水面差达到1.6 m（航下2+790，最下游排桩附近）、横向流速近0.7 m/s，航下3+105～3+195 区域横向流速最大，影响范围也最广，测量船只仅能在航道连接段左侧航行，也测到了1.2 m/s 横向流速值。船舶下行进入下游航道连接段，在通过受横流影响区域时，需预先加大舵角，以抵消横流的不利影响，对船舶操控要求高，存在安全隐患，更无法满足远期夜航要求。

为消除下游航道连接段横向水流的不利影响，从保证通航安全、防洪安全等角度出发，需要对下游航道连接段通航水流条件治理方案的有效性和合理性进行验证和优化，为工程安全运行提供技术支撑。

4.坝前漂浮物

水库漂浮物清理是库区管理的常见难题。由于人类活动、自然灾害等原因，水库中常常会出现大量的漂浮物，如果不能得到及时清理，它们会在水面上积累，不仅会影响水库的美观，还可能对水库水质、生态环境和人类健康造成负面影响。电站运行期间，受发电引水的吸引力作用，漂浮物会聚积在电厂进水渠的拦漂排附近，拦漂排在上游侧聚积漂浮物的作用下发生凹陷变形，从而聚积更多的漂浮物，拦漂排上下游水头损失增大，导致发电效益降低。清理水库漂浮物的方法有很多种，包括水力拦导、人工打捞、机械打捞等。水力拦导通常是在电站进水渠设置拦漂排，阻止大部分漂浮物进入电站引水口（进口前缘布置拦污栅可以清理少量漂浮物），辅以边孔闸门泄流，将漂浮物导向下游。泄水闸边孔排漂实施难度较大，主要在于以下几个方面：漂浮物种类多，大小形状和重量各不相同，数量变化大；为满足排漂需求边孔需敞泄或大开度运行，耗水量大，排漂时长有限，且边孔泄流导漂排漂效应仅限于周边附近区域；拦漂排变形后与下泄水流夹角增大，导漂排漂难度增大；泄水闸结构设计主要是为了泄流，排漂边孔通常会抬高堰面，从而降低了泄水闸的过流能力，边孔运行对库水位变幅适应能力差，并伴随坝下低水位工况的消能防冲问题。另外水力拦导漂浮物没有从根本上解决问题，而是将问题从库区转移到下游，不符合河道管理要求。人工打捞是最传统的方法，但效率低且成本较高。机械打捞可以高效地清理大量漂浮物，但需要配置专业的打捞船舶和打捞设备进行日常作业。

三、对策思考

1.围堰拆除方案优化

大藤峡水利枢纽采用左岸3台机组、中部26孔泄水闸、右岸5台机组的布置型式，右侧5孔泄水闸和右岸5台机组厂房在二期围堰的防护下施工。试验推荐了上游二期横向围堰采用左低右高的“Z”形拆除方案：二期横向围堰左侧150 m段（泄水闸上游）拆除至25.00 m高程，右侧段（右岸电厂上游）拆除至31.17 m高程，可有效保障右侧5孔泄水闸的泄流能力，并降低对机组发电水头影响，且围堰拆除剩余部分的局部冲刷不影响泄水闸及电厂运行，可减少土石方拆除量约26万m3。

为减少上游库区淹没，改善泄水闸泄洪流态，提出上游纵向围堰部分拆除方案，上游纵向围堰保留50 m，可有效减小主流向左折转夹角，降低堰后回流，增加左中区21个泄水闸孔的分流量，进而降低上游水位（20年一遇洪水，上游水位低于设计值0.40 m），减少上游库区淹没，消除进闸不良流态，有效保障工程的防洪安全。开展下游纵向围堰全部保留，拆除至30.0 m与拆除至26.5 m高程的方案对比试验，从下游河势变化、围堰剩余部分的稳定性、下游河床及左岸岸坡冲刷等方面，论证了下游纵向围堰拆除至30.0 m的可行性，可减少拆除量约3.7万m3。

在满足工程泄洪安全及对工程发电影响程度较小的前提下，优化二期围堰拆除方案。优化后的二期围堰不等高拆除方案减少了围堰拆除工程量，降低了拆除难度，缩短了拆除工期，有效保证了右岸首台机组发电节点要求，也可为其他工程围堰拆除提供技术参考。

2.泄水闸分区调度原则研究

对大藤峡水利枢纽闸门分区首启、闸门开启顺序及闸门开度开展对比优化试验。结果表明，在相同泄流条件下，首启右区时泄洪流态相对较差，可通过调整闸门开度或闸孔开启位置来减小对下游基岩的冲刷；首启中区时泄洪流态最佳且对下游基岩无明显冲刷；首启左区较难协调水流流态与下游冲坑的关系。闸门开度为0.3、0.5、0.7 时，右区可调空间小，各开度消力池及下游河道流态相差不大；中区各开度流态相差不大；左区以0.3 开度为最佳，0.5 次之。右区闸门开启顺序宜从中间向两侧开启，闸门开启间隔以1 孔为宜，不宜超过2 孔；中区闸门开启顺序以左侧闸门向右依次开启为宜；左区闸门开启顺序宜由右侧闸门向左依次开启。综上，泄水闸分区调度以中区首启为最佳，可调整空间大，消力池流态相对顺直，下游冲刷小。试验提出的调度原则优化方案能解决原调度规则下拟定的调度方案中出现的问题，为枢纽泄水闸调度运行管理提供依据。

3.船闸航道连接段水流条件改善

横向流优化整治主要包括下游主槽开挖、主槽与航道连接段之间滩地低洼处填筑透水堤及组合措施。因主流斜冲至航道连接段的问题多在下游水位较低时发生，故试验重点关注枢纽小流量工况下游航道连接段的流态及横向流速分布。

主河槽局部开挖方案有两种，一种是通过对下游引航道口门区连接段与主河道间的浅滩进行开挖，增加斜向流的过流面积和范围，减小原河道与引航道之间的水位差，进而减小横向流流速和集中度，改善通航条件；另一种是对主河槽的深泓线区域进行拓宽，增大主河槽的过流面积和范围，减小原河道与引航道之间的水位差，进而减小横向流流速和集中度，改善通航条件。

在主河槽及航道连接段之间滩地低洼处填筑透水堤是根据现状地形，在航下2+840 m～航下3+280 m范围内，该段地形有3～4 处高于23.00 m 的浅滩，为保证设置的透水堤在下泄流量1010 m3/s（即该段河道水位约23.00 m）时，有较大的过水面积且堤顶可以与周围地形平顺相接，将透水堤顶高程设置为22.50 m，透水堤顶宽10 m，靠近引航道侧2 m 铺设厚50 cm 和厚80 cm 两种规格的钢筋石笼，靠近河道侧8 m 铺设块石。填筑透水堤可以封堵主河槽及航道连接段之间滩地低洼处分流通道，沿程均匀分散透水，可避免主槽水流集中汇入航道连接段，减小横向流流速，改善通航条件。

局部开挖方案需水下爆破，开挖难度大，安全性低，需要填筑临时施工道路并在施工后拆除，开挖范围及工程量大；填筑透水堤方案开挖量小，施工简易。从施工安全、施工难易和工程量角度考虑，填筑透水堤方案更优。

4.坝前自动化机械排漂探索

库区排漂困难的核心在于能拦不能导（排），拦截结构仅仅是被动地阻挡漂浮物，而不能有效地引导这些物质到特定的位置进行处理，需要人工或者额外的动力来源来移除漂浮物。传统措施存在排漂不及时、排漂水量损失大、清漂船工作时风险较大等缺点。优化库区清漂工作，消除清漂对机组运行的影响，需要对水利枢纽现有清漂方案或设施进行升级改造，实现坝前自动化机械排漂，是运行期库区排漂的重点和难点。

坝前自动化机械排漂方案中，平面布置呈直角三角形分布，电厂前缘和临岸为直角边，迎水面为三角形斜边，三角形结构可以消除迎水面拦漂排受漂浮物挤压变形而产生的不利影响。三角形的顶点为固定式支点，设置浮筒式驱动装置。拦漂单元为截面梯形的中空密闭结构，自体产生浮力，单元间铰接成履带式的带状结构，将漂浮物运送至坝前设置的履带传送机，垂直输送至坝顶后装车转运清理。坝前自动化机械排漂方案，自动化程度高，清漂及时，可提升发电效率，实施成功后可起到较好的示范效果。