龙开口水电站初期下闸蓄水规划设计与实施

2015-01-16董宝顺任金明吕国轩陈晓芬

大坝与安全 2015年2期

董宝顺，任金明，吕国轩，陈晓芬

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州，310014）

0 前言

龙开口水电站位于金沙江中游、云南大理州与丽江市交界的鹤庆县朵美乡龙开口村河段上，电站距鹤庆县城现有公路里程约100 km，是金沙江中游河段规划的8个梯级电站中的第6级，上距金安桥水电站41.4 km，下距鲁地拉水电站99.5 km，工程规模为大（1）型，电站正常蓄水位1 298.00 m，死水位1 290.00 m，总装机容量1 800 MW（5×360 MW），正常蓄水位对应的库容为5.07亿m3。

龙开口水电站采用全年围堰、左岸明渠导流方案。设计对施工导流相关的明渠布置、水工水力学、水工结构、闸门振动等问题开展了深入研究，提出了合理的初期下闸蓄水方案。经研究分析，采用导流底孔闸门局部开启的过流方式，下泄环保流量，满足环保要求。

1 水库初期蓄水规划设计

1.1 蓄水方案拟定

根据工程的施工进度计划，2012年12月底首台机组发电，由于机组需要一定的调试时间，水库应尽早下闸蓄水至死水位，才能保证年底发电的计划顺利实现。综合考虑上游入库流量的不确定性，对2012年11月上旬、中旬、下旬三个下闸时间进行下闸蓄水分析。至首台机组投产发电前，分阶段由导流底孔、冲沙底孔和泄洪中孔组合方式向下游放水，以满足下游380 m3/s环保用水要求。

1.2 水库初期蓄水原则

根据分析，龙开口水库初期蓄水遵循以下原则：（1）初期蓄水考虑水库蓄水至死水位1 290.00 m；（2）在确保水库蓄水期间工程安全及库岸稳定要求的前提下，使水库尽可能多蓄水；（3）水库蓄水期间需要下泄一定的流量，以满足下游综合用水的基本需求；（4）结合各闸门下闸的技术要求，蓄水方案要做到技术上可行，并具有可操作性。

1.3 导流底孔下闸蓄水程序

导流底孔下闸蓄水前参与导流的泄水通道为2个导流底孔、1个冲沙底孔、4个泄洪中孔和5个溢流表孔。导流底孔下闸蓄水后泄水通道为1个冲沙底孔、4个泄洪中孔、5个溢流表孔及发电机组。

为满足导流底孔下闸时向下游下泄380 m3/s生态流量的要求，推荐下闸程序为：首先将1号导流底孔闸门一次下闸至1 214.50 m高程，上游来水全部由2号导流底孔下泄。为满足下游环保流量要求，需分2步将2号导流底孔闸门沉放到位：首先将2号导流底孔闸门下闸至1 217.50 m高程待命，闸门局部开启下泄环保流量；待上游水位上升至1 240.50 m时，4个泄洪中孔和1个冲沙底孔的下泄流量可满足环保流量要求，此时打开4个泄洪中孔和1个冲沙底孔，同时将2号导流底孔闸门下闸至1 214.50 m高程，2个导流底孔闸门下闸完成。2个导流底孔闸门下闸完成后，水库初期蓄水期间由泄洪中孔和冲沙底孔组合方式向下游泄放380 m3/s流量，以满足下游河道生态流量的要求。

图1 下闸蓄水时泄水通道上游视图Fig.1 View of drain channel upstream in impoundment period

1.4 闸门局部开启模型试验研究

推荐下闸程序中采用了闸门局部开启的运行工况，为保证此方案安全可靠，更好地掌握导流底孔闸门局部开启时的泄流能力和空化空蚀特性，进行了专项模型试验研究。试验研究成果如下：

（1）在控泄工况下，导流底孔下泄流量能满足下游供水要求，闸门局部开启范围小，各试验工况的流量系数差别不大。

（2）闸门开度小，门后导流底孔洞身段全流程均为明流。

（3）封堵门下游自由出流，闸孔泄流能力、闸门动力荷载和流激振动基本不受下游流态变化影响。

（4）控泄工况下运行，因流速不大，导流底孔洞身段不致造成水流空化和空蚀。

（5）封堵门采用后止水，后门槽空间较小，槽内动水压力最大。在控泄工况下，门槽内无大的漩涡出现，闸门侧水流往中偏转有“聚中”现象。

（6）门槽段水流空化空蚀与运行库水位和闸门开度有以下关系：①门槽段不致发生水流空化空蚀的条件：在控泄既定闸门开度下，若控泄水头差△H＜20.00 m，门槽段不致发生空化和空蚀；最高控泄水位H上=1 244.50 m工况，闸门开度e＜2.50 m，门槽段不致发生空化和空蚀；②门槽段可能发生一定程度的水流空化空蚀的条件：在水库控泄水位H上=1 236.50～1 244.50 m 和闸门开度e=2.50～4.00 m时，门槽段可能发生一定程度的空化空蚀；③在水位高、水头差大情况下，闸门采用小开度运行，将有利于减小门槽段水流空化空蚀；闸门按“高水位，小开度”和“低水位，大开度”操作，对减少水流空化空蚀有利。

导流底孔前水位维持在下闸设计控泄水位时，闸门不同开度时的水流流态见图2。

图2 闸门开度e=3.0 m和e=1.0～1.5 m闸下水流流态Fig.2 Flowregimeundersluicegatewithe=3.0m,1.0～1.5 m

1.5 初期蓄水分析

根据龙开口水电站施工进度计划安排，分别对龙开口水电站在2012年11月上旬、中旬、下旬三个时间下闸进行蓄水计算。

月径流系列为1939年6月～2005年5月共66年，选取平水年（P=50%）、枯水年（P=85%）共2个代表年日径流进行蓄水复核分析。

（1）采用代表年日径流资料进行蓄水计算。

蓄水计算成果表明金沙江中游来水充沛，而龙开口水电站库容较小，水库蓄水速度较快。

采用66年月平均径流系列进行蓄水计算，龙开口水电站从下闸至首台机组发电的11月、12月，来水保证率85%时，坝址月平均流量分别为961 m3/s和647 m3/s，来水保证率50%时，坝址月平均流量分别为1 150 m3/s和745 m3/s，水库在导流底孔下闸蓄水后，水位在1 d内即可蓄至1 240.50 m，8 d左右三个蓄水方案水库均可蓄至死水位1 290.00 m。考虑到月径流量在旬内分配相对不均，采用代表年逐日径流资料，对2012年11月上旬、中旬、下旬三个时间进行蓄水计算，计算表明各方案1 d之内均可蓄水至1 240.50 m，11月上旬、中旬下闸，水库11月底可蓄水至1 290.00 m，如11月下旬下闸，水库要到12月1日才可蓄水至1 290.00 m。蓄水计算成果见表1。

表1 各方案蓄水计算成果汇总表Table 1 Calculation results of each impoundment scheme

66年月平均径流系列中，1994年11月、12月入库流量最枯，月平均流量分别为697 m3/s和498 m3/s，水库11月蓄水至1 290.00 m的时间为14 d。若水库蓄水期遭遇最枯年，在11月上旬、中旬下闸，水库11月底可蓄水至1 290.00 m，电站首台机组在12月初具备调试条件；若水库11月下旬下闸，则需在12月12日才能蓄至死水位1 290.00 m，不能满足12月初首台机组调试要求。

（2）入库流量按金安桥电站一台机组发电流量计。

龙开口水电站上游梯级金安桥电站装机容量为2 400 MW，共有4台机组，单机容量600 MW，额定水头111 m，机组额定流量605 m3/s，电站最大发电流量2420m3/s。金安桥电站正常蓄水位1418m，死水位1 398 m，水库调节库容3.46亿m3，具周调节能力。

龙开口水电站下闸蓄水的11月为枯水期，考虑上游金安桥电站1台机组发电，金安桥至龙开口坝址区间流量采用多年11月平均流量30 m3/s，龙开口坝址入库流量为635 m3/s，对2012年11月上旬、中旬、下旬三个下闸方案进行蓄水计算。

水库在导流底孔下闸蓄水后，水位在1 d内即可蓄至1 240.50 m。若水库11月上旬、中旬下闸，18 d左右可蓄水至1 290.00 m，首台机组可在12月初具备调试条件；若水库11月下旬下闸，则需在12月8日才能蓄至死水位1 290.00 m，不能满足12月初机组调试要求。

（3）采用龙开口水电站建设管理局近年实测资料进行蓄水分析。

龙开口水电站建设管理局从2008年6月开始对龙开口水电站坝址流量进行逐日流量观测，根据观测资料，龙开口水电站2008年、2009年、2010年、2011年11月平均流量分别为1 705 m3/s、1 390 m3/s、1 145 m3/s和868 m3/s，11月入库流量呈减少趋势。采用2011年11月、12月逐日实测流量进行蓄水分析。

水库在导流底孔下闸蓄水后，水位在1 d内即可蓄至1 240.50 m。若水库11月上旬下闸，8 d可蓄水至1 290.00 m，8 d日平均流量为1 005 m3/s；若水库11月中旬下闸，10 d可蓄水至1 290.00 m，10 d日平均流量为873 m3/s；若水库11月下旬下闸，至12月4日（即14 d）水库可蓄水至1 290.00 m，14 d日平均流量为703 m3/s。

2 实施情况

2012年11月25日，龙开口水电站正式下闸蓄水。上午10时18分，1号导流底孔封堵闸门缓缓落下，历时约10 min，1号导流底孔闸门顺利下闸到底；下午6时66分，2号导流底孔闸门顺利下闸到底。整个下闸过程较为平稳，现场情况基本正常，龙开口水电站初期蓄水取得圆满成功。2013年5月21日10时40分，龙开口水电站首台机组（2号机组）顺利通过72 h试运行，投入商业运行。