蘆家洞水電站改擴建工程調度運行方案

姚作友

（湖南水總水利水電建設有限公司長沙市410007）

蘆家洞電站位于錦江中游，距銅仁市6 km，該電站大壩于1989年動工修建，1973年3月建成投產發電。蘆家洞水電站回水形成了十里錦江畫廊，原水電站大壩為固定壩，使銅仁城區洪水位抬高；同時也給銅仁城區河道造成極大的淤積，造成水環境嚴重的污染，對十里錦江旅游環境質量也產生了不良影響；右岸船閘尚未正式投入使用，對錦江的旅游開發造成一道人為屏障，從水資源的利用方面：近年來，由于錦江上游王家山、壩盤、艾家坪、馬槽河、天生橋、清水塘等電站的相繼建成，蘆家洞電站保證出力已經提高，而蘆家洞電站為徑流式電站，調節庫容較小，造成水庫大量棄水，發電損失嚴重。因此，為了減小城區河道淤積，改善城區水環境質量，提高城區防洪標準，充分利用水資源，對蘆家洞水電站進行改擴建的效益非常明顯。

1 工程概況

蘆家洞電站原大壩為5跨連拱壩，壩頂高程239.3 m，最大壩高8.7 m，大壩全部為溢流壩，連拱壩下游為消力池；連拱壩左岸為河床式廠房，右岸為船閘，船閘閘門和充、排水系統破壞，船閘不能使用。為改善銅仁城區水環境，正常水位由原電站的239.3 m抬高到244.3 m，為提高銅仁城區防洪標準，將原蘆家洞電站連拱壩改為閘壩，左岸河床式廠房改為非溢流壩和升船機，右岸為壩后式廠房。由于機組增容，不能在原廠房內改造，由于正常水位抬高，原右岸船閘不滿足通航要求，且船閘閘門和充、排水系統破壞，要對船閘進行改造擴建，工程量大。因此，蘆家洞水電站改擴建工程相當于“推倒重建”。

2 工程水文

蘆家洞電站壩址以上流域面積3 345 km2，電站下游約250 m為蘆家洞水文站，蘆家洞水文站集水面積3 346 km2與銅仁水文站集水面積3 324 km2相差僅為0.66%＜3%，因此將銅仁站（1954～1973年）實測系列用面積比擬到蘆家洞水文站，與蘆家洞水文站（1974～2007年）實測系列作為一個連續系列使用，蘆家洞電站采用可靠性、一致性、代表性較好的銅仁水文站和蘆家洞水文站作為參證站。

由于蘆家洞電站改擴建工程壩址位于蘆家洞水文站上游約250m，集雨面積相差較小且區間無支流匯入，蘆家洞電站壩址的徑流成果直接采用蘆家洞水文站的徑流成果，電站多年平均流量90.1m3/s，水電站的正常高水位為244.30m，下游正常尾水位為231.30m，電站額定水頭11.5m，裝機3×7.0MW，機組引用流量3×70.68m3/s，多年平均發電量8580萬kW·h。

蘆家洞電站與蘆家洞水文站之間無河溝、河流匯入，區間積水面積可以忽略不計。蘆家洞電站在流量資料的使用上可直接采用蘆家洞水文站的成果，蘆家洞水文站1954～2007年及1933年、1935年歷史調查洪水共56年最大洪峰流量系列，用P-Ⅲ型頻率適線進行計算，蘆家洞水文站年最大洪峰流量統計參數：Q=2 510 m3/s，CV=0.58，CS=3.5CV。蘆家洞水文站年最大洪峰流量分析成果見表1。

表1 蘆家洞水文站年最大洪峰流量計算成果表

洪水經水庫調節，根據水量平衡原理進行計算，調洪計算成果見表2。

表2 蘆家洞洪水調節計算成果匯總表（正常蓄水位244.3 m閘門7－13.5×10）

3 閘壩泄流能力計算

蘆家洞水電站改擴建工程左岸斜面升船機、非溢流重力壩、中間溢流壩長114.5 m，溢流壩設7孔，每孔寬13.5 m，閘門擋水高度10.0 m的滾輪平板閘門，底流消能方式；右岸非溢流重力壩，壩身取水口、壩后式地面廠房組成。

泄洪建筑物的泄流能力按折線型實用堰計算，堰上水位～流量閘門部分開啟時，閘門開度e/H≤0.65時為閘孔出流，計算公式為：

式中QS——淹沒系數；對于閘底坎為寬頂堰（包括平底）的淹沒出流，淹沒系數QS查圖可得；

H0——閘孔自由出流的流量系數；

e——閘門開啟高度；

n——閘門孔數，n=7；

b——每孔凈寬，b=13.5；H0——包括行近流速水頭的閘前水頭；H——閘前水頭。

閘門全開時，閘門開度e/H＞0.65時為堰流，計算采用《水力計算手冊》（第二版）中堰流的計算公式：

式中QS——淹沒系數，當δ/H＝2.5～10時，采用寬頂堰淹沒系數，根據HS/H0查寬頂堰淹沒系數QS表可得淹沒系數；δ——堰頂寬；

H——堰頂水頭；

HS——下游堰頂水深；QC——側收縮系數；（1-b/B），多孔閘過流時，QC的確定可取加權平均值

Qcs——邊孔側收縮系數；按計算QC計算，式中式中Qcm——中孔側收縮系數；按計算QC計算，式中游引渠水邊線之間的距離。

P——上游堰高；

α——系數，閘墩（或邊墩）墩頭為矩形，寬頂堰進口邊緣為直角時，α＝0.19；閘墩（或邊墩）墩頭為曲線形，寬頂堰進口邊緣為直角或圓弧時，α＝0.10。本工程取α＝0.10。

m——自由溢流的流量系數；進口邊緣修圓的寬頂堰，0＜P/H＜3.0時，

式中n——閘門孔數，n=7

b——每孔凈寬，b=13.5

H0——包括行近流速水頭的閘前水頭。

蘆家洞水電站壩上游水位～流量計算成果見表3。

表3 各閘門不同開啟高度時壩上游水位～流量計算成果表

4 電站運行調度方案

運行調度的原則：當上游來水小于電站發電流量即3×70.38＝211.14 m3/s時，運用電站機組進行調節，如大于電站發電流量211.14 m3/s時用閘壩的閘門開啟對上游水位進行調節。

4.1 發電調度

水庫調節性能較差，為日調節，調節庫容為155萬m3，當上游流量小于211.14 m3/s且大于24 m3/s時，通過機組通行對水位進行調節，使庫水位不超為正常水位和不低于死水位，當上游流量小于24 m3/s時，以“長蓄短發”方式保證庫水位不超為正常水位和不低于死水位。

4.2 洪水調度

當上游流量大于電站發電流量211.14 m3/s時用閘壩的閘門開啟對上游水位進行調節。

用閘壩的閘門進行調節時，當上游流量小于4 944 m3/s時，當泄洪量小于4 944 m3/s時，保持壩上游正常水位244.3 m不變的情況下，利用閘門控制泄水量，在各種可能出現的水力條件下，都能滿足消能與擴散的要求，閘門按對稱，同步、均勻、分檔、間隔地開啟，分檔高度為0.5 m。閘門的開啟控制為：

（1）當下泄流量由0增加到279 m3/s時，閘孔由1孔增到5孔，閘門開度由0升到0.5 m，閘孔先開4?？祝ㄓ勺笾劣曳謩e為1?！?＃孔），再開由2＃和6?？?，最后開由3＃和5＃孔。

（2）當下泄流量由279 m3/s增加到2 160 m3/s（相當于2年一遇洪水）時，2＃～6?？组l門同步均勻提升，閘門開度由0.5 m升到4.5 m。

（3）當下泄流量由2 160 m3/s增加到3 483 m3/s（相當于5年一遇洪水）時，同步均勻打開1＃和7?？组l門，閘門開度由0.5 m升到5.5 m；2＃～6＃閘門同步均勻提升，閘門開度由4.5 m升到5.5 m。

（4）當下泄流量由3 483 m3/s增加到4 944 m3/s時，1＃～7＃孔閘門同步均勻打開，閘門開度由5.5 m升到正常水位，即閘門全部打開。

（5）當下泄流量大于4 944 m3/s時，閘門不能控制水位，1?！?＃孔閘閘門應提高超過洪水位0.5 m。

（6）閘門關閉則視洪水流量的逐步減小面按上述程序反向執行：首先7孔同步均勻關閉開度至5.5 m，其后將2孔均勻同步關閉，再將5孔同步均勻關閉。

4.3 說明事項

閘壩作為擋水建筑物，除抬高上游水位外，還利用閘門控制泄水，上下游有較大的水位差，過閘水流由于受閘孔約束，部分勢能轉為動能，流速大，易造成下游河床的沖刷，威脅閘身的安全。

閘門控制泄流時，流量和水位差多變，流量隨著上游來水量逐漸變化，流量越小，落差越大，流量最大，上下游差則最小，當達到某一流量時，閘門已全部提出水面，邊閘水流變為緩流。

閘孔出流有多種流態，在閘門控制泄水時，呈孔口自由流或淹沒出流狀態，在閘門開度e/H＞0.65時，則呈淹沒堰流狀態。

閘下水流的銜接型式，可在一定范圍內用閘門進行調節和控制，有可能避免波狀水躍或躍首撞擊閘門等不利的銜接流態。

由于各個閘孔的閘門不一定同時開啟，即使同時開啟，也難以完全消除回流，因此，庫下單寬流量的分布經常是不均勻的。