夾巖水利樞紐工程下閘蓄水及河道生態流量保障方案選擇

◎ 管賢 余秋蘭 貴州省水利投資集團有限責任公司

1.引言

夾巖工程2015年10月正式開工建設，通過參建各方精心組織施工，至2021年12月，夾巖工程涉及下閘蓄水驗收的工程部位均已按設計要求施工完成，施工質量合格，并按規定將分部工程質量等級、重要隱蔽（關鍵部位）單元工程報質量監督機構核定（備），夾巖工程擋水建筑物的形象面貌已滿足蓄水位的要求；蓄水淹沒范圍內的移民搬遷安置和庫底清理已完成并通過驗收，涉及下閘蓄水階段驗收的各項工作均已完成，已具備下閘蓄水條件。2021年9月～11月，水利部水規總院編制完成《貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程蓄水安全鑒定報告》。蓄水安全鑒定結論認為夾巖工程具備2021年12月下閘蓄水條件。

2014年9月，原環境保護部對《夾巖水利樞紐及黔西北供水工程環境影響報告書》進行批復。2015年4月，水利部出具《關于貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程初步設計報告的批復》。環評批復要求：制定工程蓄水和運行調度環保方案，提出滿足生態與環境要求的流量下泄過程線，確保下泄生態環境用水，水庫蓄水和運行期間，通過生態泄水設施、泄洪設施和機組發電泄放不少于12.1立方米/秒生態流量，其中4月至7月為滿足魚類繁殖要求，每月制造一次持續80小時的洪水漲落過程，峰值流量不低于54.1立方米/秒。當天然來流量小于最小下泄生態流量時，按壩址處天然實際來流量進行下泄。建立生態流量在線監測系統，進行實時監控。初設批復指出：夾巖水庫從蓄水期至水庫正常運行期，均可通過導流洞兼生態放水洞等泄流設施和生態流量小機組、生態旁通管下泄12.1立方米/秒生態基流；水庫生態調度運行方式滿足報告書提出的魚類產卵期人造洪峰下泄要求[2]。

由于初設階段對下放生態水重要性認識不夠，原下閘蓄水設計方案在初期蓄水時會出現短時間不滿足12.1m3/s生態流量、影響下游生態的情況，在施工圖階段通過復核，為了滿足下放生態流量12.1m3/s的要求，需進行下泄生態流量的生態管和蓄水方案的重新設計，2021年8月，設計單位提交了滿足生態流量下放的蓄水方案。

2.蓄水方案

2.1 蓄水方案比選[1]

根據各泄水建筑物進水口高程、閘門擋水高度、生態水泄放要求，結合長江委專家提出放空洞參與下放生態水的可行性，以減輕導流洞二期堵頭在汛前施工的風險，擬定如下三個下閘蓄水計劃方案：

方案一：水庫從蓄水開始至正常蓄水位1323m劃分為3個階段。

第1階段：從導流兼生態放水洞封堵蓄水至泄洪洞進口高程1266.5m，下泄生態環境流量設施為：導流洞堵頭內生態管。

第2階段：從泄洪洞進口高程1266.5m～死水位1305.0m，下泄生態環境流量設施為：泄洪洞控泄。

第3階段：從死水位1305.0m蓄水至正常蓄水位1323.0m，下泄生態環境流量設施為：小機組旁通管。

方案二：水庫從蓄水開始至正常蓄水位1323m劃分為4個階段。

第1階段：從導流兼生態放水洞封堵蓄水至放空洞進口高程1243.5m，下泄生態環境流量設施為：導流洞堵頭內生態管。

第2階段：從放空洞進口高程1243.5m蓄水至泄洪洞高程1266.5m，下泄生態環境流量設施為：放空洞全開敞泄（平板閘門不能局開）。

第3階段：從泄洪洞高程1266.5m～死水位1305.0m，下泄生態環境流量設施為：泄洪洞控泄。

第4階段：從死水位1305.0m蓄水至正常蓄水位1323.0m，下泄生態環境流量設施為：小機組旁通管。

以上兩個方案比較見表1。

表1 下閘蓄水過程方案比較表

綜上：由于方案二放空洞進口平板閘門無法局部開啟，需要全開下放生態水，下放流量較大，導致水庫難以蓄水至泄洪洞底板高程，蓄水過程需要來一場10年一遇洪水，方能將庫水位沖高至泄洪洞底板高程，由于發生10年一20遇洪水幾率小，不建議推薦該方案。方案一：主要缺點是導流洞二期堵頭需要在汛期施工，以及導流洞內生態閥需要經歷汛期高水位考驗。導流洞二期堵頭施工風險可通過加高下游圍堰、加大基坑抽水量加強水情預報來降低導流洞二期堵頭汛期施工風險；遇到超標準洪水時，可撤離人員設備，洪水過后重新組織施工。生態閥承受高水位考驗問題可通過如下方式解決：導流洞內生態閥設計壓力等級為1.0MPa，對應最大水庫水位為1314.0m，大于起調水位為1305.0m時遭遇500年一遇度汛標準洪水位1311.99m（泄洪洞、溢洪道聯合泄洪），滿足生態閥閘門擋水要求。超標準洪水來臨時，可同時開啟放空洞、泄洪洞、溢洪道閘門，加大下泄流量，確保水位不超1314.0m。鑒于方案一兩個缺點均有補救措施，建議推薦方案一作為下閘蓄水過程控制方案，通過進一步完善和細化施工措施和蓄水過程，并制定超標準洪水應急預案，來減小汛期度汛風險。

2.2 蓄水時間

根據設計單位提交的《初期下放生態流量方案設計變更及下閘時間論證分析報告》，結合工程施工進度及驗收情況、征地移民、庫區清理及地質災害隱患處理、流域洪水特性、結構復核分析，導流洞已于2021年9月下閘，導流兼生態放水洞下閘、水庫蓄水時間定在2021年12月擇時進行。

2.3 上下游用水要求

蓄水階段均勻下放環境水量12.1m3/s，滿足下游生態用水要求。水庫蒸發、漏損按照當月凈來水的2.5%計算，本次蓄水考慮預留庫區內集鎮、農村人飲用及灌溉用水等年預留水量為6070萬m3。

2.4 蓄水期間泄水設施及相關設計水位

蓄水期間，泄水建筑物為：導流洞、導流兼生態放水洞、放空洞、泄洪洞、溢洪道。

施工期間，導流兼生態放水洞閘門最大擋水水位為1270m；導流兼生態放水洞堵頭前隧洞結構襯砌最大擋水水位為1260m。導流洞閘門擋水最大水位為1286m；堵頭前隧洞結構襯砌最大水位為1257.98m；導流洞內生態閥擋水最大水位為1314.0m。

2.5 下閘蓄水程序

第一步：下閘前，修建導流洞至導流兼生態放水洞進口的明渠（破除左側壁導流洞明洞段）；第二步：完成導流洞、初期生態放水兼導流洞閘門啟閉系統的安裝與調試；第三步：下閘導流洞閘門，進行導流洞臨時堵頭施工及閥門、生態鋼管的安裝；第四步：提起導流洞閘門、拆除啟閉系統；第五步：導流兼生態放水洞下閘，進行導流兼生態放水洞永久封堵體施工；第六步：水庫進行首次蓄水，由兩根生態管下放生態流量；第七步：導流兼生態放水洞一期堵頭具備擋水條件，關閉放空洞閘門；第八步：水庫蓄水位至泄洪洞1266.5m高程后，關閉生態管閥門，由泄洪洞控泄下放生態流量，利用導流洞一期堵頭擋水，進行導流洞二期堵頭施工；第九步：水庫蓄水至1305.0m高程后，關閉泄洪洞閘門，由壩后電站生態管或機組發電下放生態水；第十步：導流洞二期堵頭施工完成并具備擋水條件前，通過生態管或機組發電或其他泄水建筑物泄水，維持水庫蓄水位不高于1305.0m；第十一步：導流洞二期堵頭完成后，水庫逐步蓄水至正常蓄水位1323.0m，蓄水正式完成。

2.6 蓄水過程控制條件

（1）2022年3月底，完成導流兼生態放水洞堵頭施工，避免枯期洪水位超過導流兼生態放水洞臨時封堵閘門及堵頭前隧洞襯砌結構擋水最大水位1260.0m。

（2）導流洞內生態閥在水庫水位蓄水至1266.5m時關閉，開始導流洞二期堵頭施工，避免水庫生態環境水斷流。

（3）導流洞二期堵頭施工完成前，應控制水庫蓄水位不超過1305.0m，避免汛期洪水位超過導流洞內生態閥擋水最大水位為1314.0m。

圖1 導流兼生態放水洞、泄洪洞、放空洞布置圖

圖2 電站發電尾水和小機組旁通生態管下放管布置圖

（4）蓄水過程中水位變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，確保建筑物及邊坡安全。由于1266.5m以下無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庫徑流自然變化，不做控制。

（5）蓄水過程中加強建筑物及邊坡安全監測工作，出現觀測異常情況，應分析及時原因，必要時暫緩蓄水或降低水庫水位運行。

2.7 下閘蓄水歷時計算

根據《水利工程水利計算規范》，庫初期蓄水采用“典型年法”，分別按保證率75%、50%、25%入庫水量進行不同方案水庫蓄水計算。根據水庫2021年12月下閘蓄水的施工進度安排，考慮水庫徑流、上下游用耗水等因素，僅考慮下放環境水生態水量一次性蓄水，從蓄水時間分析，水庫偏豐水年、平水年、偏枯水年蓄水至正常蓄水位1323.0m時間分別為257天、305天、550天。

3.蓄水生態流量保障措施

根據《貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程環境影響報告書》及批復要求，生態環境流量按不小于12.1m3/s下放。下放生態流量設施從水庫蓄水開始至正常蓄水位1323m分為3個階段：

第1階段：從導流兼生態放水洞封堵蓄水至泄洪洞進口高程1266.5m，下泄生態流量設施為：導流洞堵頭內生態管。

導流洞2021年9月下閘后，利用安裝導流洞堵頭內分別埋設一根1m和一根1.2m生態管，下泄不小于12.1m3/s生態流量，生態管安裝中心高程為1214.46m。

第2階段：從泄洪洞進口高程1266.5m～死水位1305.0m，下泄生態流量設施為：泄洪洞。

泄洪洞布置在左岸，凈空斷面尺寸為6.2×8.59m城門洞，進口底板高程1265m，洞身段為無壓隧洞。通過控制閘門開度值，能保證生態流量下泄不小于12.1m3/s。

第3階段：從死水位1305.0m蓄水至正常蓄水位1323.0m，通過設置的小機組旁通生態管或電站發電尾水下放生態流量。壩后電站最1臺小機組單機容量18MW，額定流量18.62m3/s，最小發電流量8.37m3/s。電站引水系統布置在大壩右岸，由進水口、引水隧洞和壓力鋼管等組成。生態管采用壓力鋼管，直徑為1.0m，采用調流閥控制下泄流量。

4.結語

2021年12月28日，夾巖工程水庫根據下閘蓄水方案實現大壩下閘蓄水，順利實現導流洞封堵并通過導流洞生態放水管下放生態流量；2022年5月，水庫蓄水至1266.5m泄洪洞進口高程，永久關閉導流洞生態放水管，順利實現導流洞完全封堵通過泄洪洞下放生態流量。2022年5月，夾巖工程水庫蓄水至1266.5m泄洪洞進口高程，永久關閉導流洞生態放水管，順利實現導流洞完全封堵通過泄洪洞下放生態流量；2022年10月，水庫蓄水至1295m發電引水隧洞進口高程，實現電站首臺機組發電試運行，水庫同時通過泄洪洞和發電尾水下放生態流量，從而確保了水庫順利下閘蓄水同時確保下游生態流量的下放，保障了水庫下閘蓄水期間下游的生態環境保護[3]。