峽江水利樞紐工程一期蓄水方案研究與運用

朱愛如

(江西省峽江水利樞紐工程管理局，江西 南昌 330095)

0 引 言

江西省峽江水利樞紐工程是國務院確定的172項節水供水重大水利工程，2009年9月開工，截至2013年7月初，電站首臺機組安裝進入尾聲，需開展初期蓄水保障機組有水調試及試驗、安全評價、開機發電等[1]，實現并網發電目標。做好初期蓄水是保障首臺及后續機組發電投產發揮經濟效益、船閘通航和初期運行工程防洪度汛安全的前提條件和根本保證[2-3]。不解決初期蓄水問題，就沒有一定的水位條件，機組安裝等施工將難以繼續，直接影響工程總體進度。但由于大壩門庫壩段敞泄，水庫無法蓄水，不能滿足上述要求。為此開展了深入的研究論證工作。從實際出發，采取恢復三期上游圍堰、提前封堵門庫等措施，運用水文分析計算和洪水安全論證成果，提出分兩階段實施的一期蓄水方案[4]。該方案保證了首臺及后續數臺機組安裝有水調試、并網發電和船閘通航等需要，實現了工程建設目標。

1 工程概況

峽江水利樞紐工程位于江西省峽江縣境內，是贛江中游一座以防洪、發電、航運為主，兼具灌溉、供水等綜合效益的大(1)型水利樞紐工程。水庫正常蓄水位46 m，死水位44 m(灌溉取水口底高程)，總庫容11.87 億m3，防洪庫容6 億m3，電站裝機容量360 MW(40 MW×9臺)，最低發電水位38 m，通航設施為Ⅲ級航道過1 000 t級船閘，設計灌溉面積21 966.7 hm2。工程總投資99.22億元，2009年9月開工，2015年4月提前完工投產。

樞紐主要建筑物布置自左岸起重力壩段102.5 m、船閘段47.0 m、門庫段26.0 m、18孔泄水閘段358.0 m、電站廠房壩段274.3 m(其中安裝間長62.5 m與重力壩重合)、右岸重力壩段99.7 m，壩頂全長845.0 m；設計壩頂高程51.2 m，最大壩高28.7 m。工程屬Ⅰ等大(1)型工程，混凝土泄水閘、混凝土重力壩、電站廠房(擋水段)、船閘上閘首為1級建筑物，電站廠房(非擋水段)、船閘閘室及下閘首為2級建筑物。樞紐工程按三期導流組織施工，工程總平面布置(含一至三期圍堰)見圖1。

圖1 峽江水利樞紐工程總平面布置Fig.1 General layout of Xiajiang Hydro-junction Project

2 一期蓄水方案研究

2.1 工程施工進度及形象面貌

截至2013年7月初，工程完成了水庫蓄水安全鑒定，工程施工進度及形象面貌如下。

(1) 樞紐右岸電站廠房主體及進水渠、尾水渠、重力壩、魚道，以及左岸重力壩、船閘、左側6孔泄水閘全部完成施工，船閘具備臨時通航條件，左側6孔泄水閘已投入控制運行；廠房上、下游圍堰完成部分拆除，首臺9號機組安裝基本完成，待蓄水后流道充水和調試機組試運行發電；左岸門庫為敞泄狀態；三期12孔泄水閘土建全部完成施工，弧形工作閘門等金屬結構待安裝，三期上、下游圍堰部分堰段受洪水沖損待恢復。

(2) 庫區防護工程蓄水高程39.00 m以下施工全部完工，蓄水高程42.00 m以下有部分遺留工程待完成。

(3) 庫區移民搬遷安置工作已通過下閘蓄水高程42.00 m省級驗收，滿足蓄水要求。

2.2 蓄水方案與蓄水安排

結合工程實際，研究論證提出峽江水利樞紐工程蓄水分兩期實施[5]，一期控制蓄水位為42.00 m，二期蓄水位為正常蓄水位46.00 m?？紤]7，8月來水大、風險大因素，計劃一期蓄水分兩個階段。

(1) 2013年7月底進行一期下閘蓄水，7月底至9月底，考慮滿足并略高于發電最低水位和機組安裝調試要求，水庫控制蓄水位為39.00 m，由門庫敞泄、機組發電和左側6孔泄水閘控制調節進行導流放水。需在7月底前恢復完成洪水沖損的三期上游圍堰填筑擋水，并完成廠房上、下游圍堰拆除，滿足發電進出水過水要求。三期上游圍堰恢復高程按滿足三期基坑12孔泄水閘弧形工作閘門等安裝一個枯水期安全度汛的需要，采用安全的堰頂高程為46.40 m。

(2) 2013年9月進行門庫封堵，9月底后，水庫控制蓄水位為42.00 m，此高程是移民安置省級驗收確認的控制高程，并滿足發電和通航水位要求，由機組發電和左側6孔泄水閘控制調節進行導流。需在9月底前完成門庫封堵和庫區42.00 m高程以下遺留工程施工，門庫封堵頂高程為43.00 m。門庫封堵后大壩形成了封閉，樞紐下游河段泄放生態流量按不小于350 m3/s考慮。2014年3月后，三期12孔泄水閘弧形工作閘門等完成安裝，樞紐18孔泄水閘全部投入運行使用，水庫進入全面控制運用狀態。

2.3 可行性分析

(1) 門庫封堵。按照一期蓄水方案和蓄水安排，門庫封堵后大壩泄流能力受到限制，直接影響三期圍堰安全，封堵時段的選擇很關鍵。研究分析表明，2013年8月遇10 a一遇洪水時，若門庫封堵，僅由左側6孔泄水閘泄洪，相應水庫洪水位達46.00 m，不滿足10 a一遇洪水下三期圍堰安全要求。9月遇10 a一遇洪水時，若門庫封堵，相應水庫洪水位43.80 m，能保證10 a一遇洪水下三期圍堰安全。因此，選擇2013年9月封堵門庫擋水。經上述分析論證，確定在9月擇機進行門庫封堵。

(2) 水文分析。依據贛江峽江河段水文流量資料，水庫一期蓄水期間上游來水按照豐(P=25%)、平(P=50%)、枯(P=75%)3種情況考慮[6]。水庫不同月份各頻率來水情況見表1。

表1 水庫不同月份各頻率來水情況

按蓄水安排，一期蓄水方案兩階段水文計算分析情況，見表2。

表2 一期蓄水方案水文計算分析

從表2分析表明，水庫蓄水至相應計劃水位，第一階段2～5 d、第二階段2～8 d完成，按兩階段實施的一期蓄水方案可行，均可按要求蓄至計劃水位。

3 蓄水調度

3.1 調度原則

電站水輪機發電最小設計水頭為4.25 m，當壩址上下游水位差小于4.25 m，電站機組停止發電。當水庫蓄水位達到最低通航水位40.70 m時，可結合航運交通要求調度運用船閘進行臨時通航。結合枯水季旱情，由江西省防總調度對下游補水緩解旱情等。在蓄水過程中，預測可能遇較大洪水時，要先騰空部分庫容調節運用；遇影響工程安全等特殊情況時，要解決好問題后再蓄水。

3.2 調度方案

綜合考慮機組安裝調試、發電、通航等要求，一期蓄水期間調度方案如下。

(1) 水庫水位抬升及維持39.00 m蓄水階段，入庫流量不大于2 500 m3/s時由機組發電流量和泄水閘下泄，門庫封堵前門庫段敞泄參與泄流；入庫流量大于2 500 m3/s，上下游水位差小于4.25 m，電站機組停止發電，由左側6孔閘泄流逐步加大出流至全開，維持壩前水位39.00 m。

(2) 水庫水位抬升至42.00 m階段，門庫段封堵后，由電站發電(單機滿發流量為525 m3/s)或泄水閘泄放生態流量350 m3/s，水庫蓄水逐步蓄至42.00 m。

(3) 蓄水維持42.00 m階段，入庫流量小于6 000 m3/s時，全部通過電站發電和左側6孔泄水閘下泄；入庫流量大于6 000 m3/s、上下游水位差小于4.25 m時，機組停止發電，或蓄水回水超過42.00 m影響庫區防護工程施工時，左側6孔泄水閘進行泄洪運用，盡快降低庫水位。

3.3 蓄水安全分析

一期蓄水期間，樞紐已建壩體段全部達到設計壩頂高程51.20 m，具備在設計洪水位49.00 m時安全運行能力。第一階段蓄水后，2013年9月初開始，在三期圍堰保護下，三期基坑內進行12孔泄水閘閘門等金屬結構安裝施工，2014年2月底完成，汛前投入正常運用。

(1) 防洪標準。根據SL 303-2004《水利水電工程施工組織設計規范》，三期圍堰和其它工程的施工洪水標準為10 a一遇洪水，已建壩體段擋水的洪水標準為100 a一遇設計洪水、200 a一遇校核洪水。

(2) 洪水分析。2013年8月考慮左側6孔泄水閘和門庫段泄洪，2013年9月至2014年2月僅考慮左側6孔泄水閘泄洪，水庫一期蓄水期間10 a一遇洪水水位，按各月設計洪峰流量和泄流曲線查算，見表3。

(3) 蓄水安全分析。由表3可知，10 a一遇施工標準洪水時，2013年8月、9月庫水位分別為44.35 m和43.76 m，2013年10月至2014年2月按相應泄流能力計算的水庫10 a一遇洪水水位Z10%均低于水庫蓄水位42.00 m，滿足三期圍堰安全性要求，三期圍堰和樞紐已建壩體段是安全的，蓄水安全有保障。

表3 水庫一期蓄水期間10 a一遇洪水水位

(4) 遇超標準洪水大壩安全分析。水庫一期蓄水期間遇200 a一遇超標準洪水時，按泄洪設施計算的水庫水位高于三期圍堰頂部高程46.40 m，三期圍堰將潰決。按三期圍堰潰決考慮，經計算和分析，水庫洪水水位46.50 m。水庫遇200 a一遇洪水，大壩壩體是安全的。

4 實施運用成效

4.1 實施過程情況

(1) 2013年7月21日，完成廠房上、下游圍堰拆除施工，廠房進水渠充水；7月22日，首臺9號機組進行了流道充水試驗，開始有水調試；7月29日三期圍堰完成恢復施工開始擋水，上游圍堰頂高程達到46.40 m，下游圍堰頂高程40.90 m，左側6孔泄水閘正式下閘實施一期蓄水。7月31日，蓄水位上升至38.62 m，完成首臺機組首次開機試運行，9月1日正式并網發電。9月5日完成門庫鋼閘門封堵施工，門庫壩段擋水，結束敞泄狀態。庫區防護工程高程42.00 m以下遺留工程完成后，11月19日蓄水位達到42.00 m，全面實現一期蓄水方案確定的目標。12月27日第二臺(8號)機組完成安裝投產并網發電。

(2) 2013年7月底三期圍堰完成恢復施工后，保護三期基坑組織施工。2014年2月底完成全部三期12孔泄水閘弧形工作閘門等安裝施工和運行調試，三期12孔泄水閘全部具備啟閉運行條件。2014年1月1日機組停止發電，放空庫水開始三期上、下游土石圍堰拆除及基坑上、下游縱向混凝土圍堰爆破拆除施工，3月22日完成拆除施工，三期12孔泄水閘均具備過流運行條件。3月23日，樞紐18孔泄水閘全部投入運行使用，全部下閘恢復水庫蓄水，大壩實現了有閘控制，3月28日蓄水至一期控制水位42.00 m，同時已安裝的2臺機組恢復發電。4月12日，第三臺(7號)機組完成安裝投產并網發電。

(3) 一期蓄水期間，編制完善了工程施工度汛方案和防洪應急預案[7]，獲江西省防總批復，并積極做好防汛各項準備，確保蓄水期間防洪度汛安全。

4.2 難點問題處理

(1) 門庫封堵時通過門庫的泄流量400 m3/s，水流速度超過7 m/s，流量大、流速快。在動水中，單靠鋼閘門自重下沉落放，門體受高速水流沖擊會產生漂浮、晃蕩，或發生傾斜、卡阻，無法安全落放。通過采取在閘門側面增加一定的配重方式下沉落放，保證了閘門穩定落放到位。

(2) 由于廠房上游圍堰已拆除，切斷了三期圍堰填筑原來的施工道路，2013年7月三期上游圍堰恢復施工沒有道路供通行。通過對上游一期縱向混凝土圍堰頂端與三期圍堰連接處進行渣土填筑，將兩者連接起來，解決了施工道路問題，推進了三期上游圍堰的按時恢復到位。

(3) 2013年12月19日，水庫遭遇一次入庫流量4 200 m3/s的洪水。通過預報演算，及時調度開啟泄水閘左側6孔的部分閘門泄放洪水，成功應對了一次較大洪水。此次洪水過程中，水庫上游控制最高水位41.00 m，低于設防水位，未造成不利影響，工程安全度汛。

(4) 由于電站部分機組投產發電，作為原施工道路的電站上下游圍堰均已拆除，2014年年初開展三期上、下游圍堰及縱向混凝土圍堰拆除施工時沒有交通道路。通過在電站下游原圍堰基礎上重新填筑渣料形成道路，連接三期基坑和右岸施工道路，保障了三期圍堰拆除渣料的運輸道路要求，促進了一期蓄水方案全面實施見效。

4.3 實際運用成效

(1) 實施一期下閘蓄水，比原設計計劃提前14個月完成門庫封堵，滿足了首臺(9號)、第二臺(8號)、第三臺(7號)機組安裝有水調試和并網發電等要求，實現了工程建設重大節點目標，盡早發揮了發電經濟效益，是工程建設重要的里程碑。提前保障了期間多臺機組繼續安裝條件和投產發電。經統計，增加發電量3.4億kW·h，增創發電收入1.4億余元，經濟效益顯著。

(2) 2013年11月上旬，在上游來水流量較枯情況下，按江西省防總調度，加大向下游補水，最大補水流量超過130 m3/s，連續補水6 d，累計補水超過0.4億m3，首次通過補水緩解了南昌市下游特枯旱情。

(3) 2013年8月至2014年11月運用船閘組織了多次通航，緩解了工程施工對通航的不利影響。同時，庫內水位抬升，航運條件得到改善，發揮了航運效益。

(4) 利用三期圍堰擋水蓄水，三期基坑內12孔泄水閘弧形工作閘門等安裝提前具備施工條件，對順利推進整個樞紐工程建設發揮了重要作用。

5 結 語

結合峽江水利樞紐工程實際，通過論證研究，提出了合理可行的一期蓄水方案。按照方案在2013年7月底實施了一期下閘蓄水，提前在當年9月完成門庫封堵，開始初期蓄水。期間，滿足了多臺機組安裝調試、并網發電、船閘通航和改善下游供水等需求，解決了突出的難點問題，保證了已建、在建工程施工度汛安全，實現了工程建設重大節點目標和一期蓄水安全目標，取得了良好的綜合效益。該工程經驗可為類似工程的設計、施工組織、建設管理提供有益借鑒。