谭时勇，唐 薇

(宁波天成水利水电设计有限公司，浙江 宁波 315100)

1 概况

1.1 电站基本情况

龙洞口水电站是通过拦水堰坝、引水隧洞、引水闸、输水隧洞、压力管道等设施引河道来水发电的引水式电站。龙洞口水电站坐落于石梁镇慈圣村，属于台州市天台县慈圣溪支流泄下溪，它于1998年开工兴建，1998年投产运行，所有制性质为个人所有。年平均发电量约152万kW·h，总装机容量为1000 kW，装有2个发电机组，至石梁供电所并网。

龙洞口水电站增效改造工程为引水式电站，根据中华人民共和国《防洪标准》(GB 50201-2014)第6.1.1条界定，其工程等别为Ⅴ等工程，引水建筑、取水枢纽、电站厂房等建筑物级别为5级。根据工程等级，相应洪水标准为：设计标准20 a一遇；厂房及升压站的洪水标准等同取水坝的洪水标准，也采用20 a一遇设计标准[1]。

1.2 水文、气象基本概况

天台属中亚热带季风气候区，四季分明，降水丰沛，热量充足。天台年平均气温17.0℃，极端最高气温41.7℃，极端最低气温-9.1℃。年降水量平均值为1411.7 mm；年平均日照总时数1756.3 h。天台地表径流量为12.90亿m3，其中始丰溪南岸区为3.53亿m3，始丰溪北岸区为5.79亿m3。

龙洞口电站位于天台县石梁镇慈圣村境内，坐落于慈圣溪支流泄上溪上游，属于新昌江流域，距离天台县城约35 km，坝址以上集雨面积18.0 km2。泄上溪发源于新昌县芹塘村以北雪里坑，出芹塘村后，至里泄上村，流至慈圣村汇流慈圣溪。电站上游河道主流长度5.8 km，汇水面积10.50 km2。电站引水迹溪之水，迹溪发源于新昌县华顶山，出迹溪村后，经过石滑头流至慈圣村汇流慈圣溪。迹溪河长4.6 km，集雨面积7.50 km2。

1.3 径流

慈圣溪是新昌江上游的一条支流，属山溪性河流，径流主要是由降雨形成，径流与降水的年际、年内变化基本同步。因设计流域内没有实测的径流相关资料，本设计以新昌水文测站作为参考站，采用水文比拟法计算径流[2]，流域的年径流量由各分区面积之比、并考虑设计流域与参考流域降水量的差异修正缩放而得。缩放系数按下式计算：

式中：K为径流缩放系数；F设、F参分别为设计和参证流域的集雨面积，km2；P设、P参分别为设计和参证流域的降雨量，mm[3]。

计算结果见表1。

表1 天然径流计算成果表

由上述计算方法求得，龙洞口水电站多年平均流量为0.715 m3/s，年径流系数0.705。

2 现状主要存在问题

2.1 设备老旧，运行效率较低

龙洞口电站的机电设备基本都是20世纪90年代末的机型，经过近20多年生产运行，机组设备逐渐老化，事故频繁，经常需要维修。

2.2 水资源综合利用不够全面充分

机组装机较小，丰水期时弃水较多，造成水资源白白浪费。电站输水隧洞较大，运行良好，有进行增效扩容改造的条件，但由于资金困难，对电站改造迟迟没有实施。水资源综合利用不充分。

2.3 河道生态环境有所破坏

工程泄上溪拦水堰坝与厂址区间为1.04 km，为脱水河段，集水面积0.37 km2，自然落差达83 m，区间没有较大的支流补水，影响了河道的生态环境。

3 电站改造方案

3.1 增效扩容

3.1.1 水能计算

龙洞口水电站建立在慈圣溪上，取水堰坝以上集雨面积18.00 km2，所在流域植被茂密，雨水较多，据统计多年平均降雨量1776.4 mm。该电站上游没有水库和电站。

(1)龙洞口水电站发电水量

龙洞口多年平均来水量W0=18×125.27=2254.86×104m3。根据《浙江省引水式水电站多年平均引水模数与年引水率关系表》查得，并考虑引水流量和2万m3蓄水池的调节，电站发电引水率取γ=58%[4]；

可利用的发电水量W=γ×W0=0.58×2254.86×104=1307.82×104m3

(2)多年平均发电量计算

E=0.0021WH=0.0021×1315.61×104×80=221.02万kW·h

(3)发电保证出力

QP=0.25×18/100=0.045 m3/s

80%的保证出力n=9.81×0.92×0.93×0.045×80=30.22 kW

(4)发电机装机容量及机型选择

N=9.81×2.25×80×0.92×0.93=1510 kW

选取SFW630-6和SFW800-6型水轮机各1台，总装机1430 kW。

(5)装机年利用小时

h=221.02×104/1430=1545 h

3.1.2 电站规模复核

电站发电流量：本次改造后设计流量：机组1的设计流量为0.99 m3/s，机组2的设计流量为1.26 m3/s，共2台机组，总流量2.25 m3/s。

电站装机规模复核：根据电站用水规模和水轮机装机选型确定，选择综合效率较好的机组组合：电站装机容量1台630 kW+1台800 kW，总装机为1430 kW。

3.1.3 机组选型

水电站增效改造工程装机1430 kW的机组，水轮机组主要参数见表2、表3。

表2 水轮机参数表

表3 发电机参数表

3.2 基础设施改造

本次龙洞口水电站增效改造工程土建部分涉及拦水堰坝、水轮机基础、发电机基础、电站厂房维修、变压器基础加固、变压器围墙等。

3.2.1 引水隧洞和输水隧洞流量复核

电站引水隧洞长度1070 m，进口高程339.1 m，出口高程338.0 m，隧洞纵坡0.001，宽2.0 m，高1.8 m，采用城门洞型，局部有衬砌，输水隧洞正常运行时引用迹溪径流量0.25 m3/s，洪水期时进口闸门关闭不引水，泄上溪自身洪水发电也用不完。

电站输水隧洞总长度550 m，分为平洞段和斜洞段，进口高程331.5 m，出口高程263 m，隧洞纵坡0.125，宽2.0 m，高2.0 m，采用城门洞型，局部有衬砌，衬砌断面最小为1.5 m宽，高1.75 m。隧洞进口闸门为直径1.0 m的圆型闸门，输水隧洞正常运行过流能力1.5 m3/s～4.0 m3/s，电站改造前设计流量1.91 m3/s，改造后设计流量2.25 m3/s，隧洞过流能力完全满足要求。隧洞目前运行良好，不需要进行维修加固。

3.2.2 拦水堰坝

电站上游拦水堰坝原河床底部高程320.0 m，原设计堰顶高程339.5 m，堰宽36 m，设计调节库容4.5万m3，右岸设排砂孔直径2孔×2 m，作为河道灌溉和生态用水闸门，由于政策处理问题，堰顶高程只修建到336.0 m，堰顶宽度1 m左右，本次为了安全考虑对堰坝进行加固，采用C25砼灌砌石进行拼宽到5 m，堰顶高程不变。

3.2.3 厂房建筑物、升压站建筑物

电站厂房地面式，墙体为砖混结构，电站厂房高为6.3 m，屋顶采用钢筋砼现浇板，发电机层平面尺寸分别为16.7 m×7.2 m，地面高程为258.8 m。现拆除厂房内机组设备基础，按新机组设备尺寸重建基础，厂房尺寸满足要求，保持不动。现有升压站不能够满足要求，需改建，需更换变压器两台。

3.3 生态小水电设施改造

3.3.1 生态流量

泄上溪拦水堰坝与厂址区间为1.04 km脱水段，区间汇水面积0.37 km2，落差较大有83 m，区间无较大支流汇入。

根据水利部《农村水电生态水电改造河流生态修复指导意见》，根据龙洞口电站所在流域附近的水文资料计算多年平均流量为0.715 m3/s，该项目生态流量计算采用Tennant法计算为0.1 m3/s[5]。

3.3.2 生态泄放方案

泄上溪拦水堰坝右岸，建有放水和排沙闸门，共计2孔×2 m，闸门板高3.0 m，闸门设有启闭机房，该闸门可兼做生态流量泄放措施，不再新增放水设施。放水量可满足生态流量要求。

迹溪拦水堰坝右岸，建有排沙闸，共计1孔×1 m，闸门板高2.0 m，闸门设有启闭机房，该闸门可兼做生态流量泄放措施，不再新增放水设施。放水量完全可以满足生态流量要求。

为了保证两条河道脱水段的生态修复，正常运行发电时，两座闸门均应开启0.1 m高度进行放水，底部浇筑0.1 m高齿墙，不得紧闭，并安装生态流量监测设施。

4 结语

通过龙洞口水电站增效扩容生态改造工程方案实例的研究，从资料收集、现场调查到水文资料分析、水资源水能计算最后与厂家进行机械设备选型来对电站增效扩容。同时通过生态流量计算和现场条件分析，合理选择生态泄放措施，并增加监测设施以恢复下游河道生态环境，一举多得。对小水电增效扩容和生态建设有着重要的参考意义。