吕 剑

1 改扩建前存在的问题

1973年3月建成的芦家洞水电站位于锦江中游，坝址距上游“黔东重镇”贵州省铜仁市中心城区6 km，上游有清水塘电站，下游有漾头电站。原芦家洞水电站大坝为5跨连拱坝，坝顶高程为239.3 m，坝高8.7 m，大坝全部为溢流坝，连拱坝下游为消力池，左岸为河床式厂房，装机为4×1.25 MW，多年平均发电量为2 139万kW·h，右岸为船闸，闸室宽8 m，长50 m，船闸闸门和充、排水系统破坏，船闸不能使用。

水库回水形成了十里锦江画廊，原电站大坝为固定坝使水库库尾的铜仁市中心城区洪水位比原天然河道洪水位抬高。水库淤积从库尾开始，电站运行给城区河道造成极大淤积，造成水环境严重污染，对锦江旅游环境质量产生了严重影响。原电站右岸船闸尚未正式投入使用，游船从铜仁市区至国家级风景名胜区——九龙洞造成了一道人为屏障。从水资源的利用方面：由于锦江上游王家山、坝盘、艾家坪、马槽河、天生桥、清水塘等电站相继建成，芦家洞水电站保证出力已经提高，而芦家洞水电站为径流式电站，调节库容较小，造成水库大量弃水，发电损失严重。对芦家洞水电站进行改造已非常迫切和必要。

2 工程概况

芦家洞水电站改扩建工程位于贵州省铜仁市境内沅江一级支流锦江中游，电站距铜仁市中心城区6 km，坝址以上流域面积3 345 km2，多年平均降雨量1 273.3 mm，多年平均径流量90.1 m3/s，水库正常水位244.3 m，正常库容1 298万m3，死水位243.5 m，调节库容155万m3，500年一遇校核水位250.91 m，总库容3 343万m3，水库规模为中型，等别为Ⅲ等，电站装机3×7 MW，多年平均发电量8 580万kW·h。

工程任务是改善水环境、防洪、发电、旅游、航运等综合效益的一项综合性工程。大坝位于原连拱坝下游，由左岸斜面升船机（预留）、非溢流重力坝，中间溢流闸坝采用7孔13.5 m×10 m的弧型闸门控制、坝下底流消能，右岸非溢流重力坝、坝身发电引水系统、坝后式地面厂房组成，工程总投资18 800万元，施工总工期3年。

3 特征水位选择

3.1 正常水位选择

3.1.1 正常水位选择原则

正常水位选择原则是“充分利用水资源和城区显山露水”的要求，同时考虑通航条件、三江汇口“中流砥柱”——铜岩视角因素以及电站的梯级衔接、水能量效益、工程地质、旅游资源、经济效益、库区淹没等方面的影响。

3.1.2 上限方案分析

提高正常水位要考虑与上游梯级合理衔接，避免对上游梯级产生顶托影响，同时还要考虑上游回水范围内流速减缓，污染物迁移扩散能力减弱对水厂取水口影响[1]。芦家洞水电站的上游衔接为左岸支流小江清水塘电站和右岸干流大江鹭鸶岩水厂，清水塘电站的正常尾水位为244.6 m，鹭鸶岩10万t水厂取水口水面高程244.3 m，正常水位提高上限方案为244.3 m，回水至清水塘电站与尾水连接，回水至鹭鸶岩水厂取水口处于水位变幅区，对取水口水质没有影响。

3.1.3 正常水位确定

芦家洞水电站库区为铜仁市中心城区所在地，是十里锦江所在河段，市区人口和旅游景点受水位提高的影响较大，水库淹没影响是芦家洞水电站正常水位的决定因素，正常水位的确定受上游淹没的瓦窑河和木杉河电站的控制。正常水位上限为244.3 m，下限为原电站正常水位239.3 m，由此拟定正常水位239.3、242.3、243.3 m和244.3 m共4个方案，从发电效益、淹没指标、工程投资和经济指标等方面进行比较，结果详见表1。

表1 正常水位方案主要指标比较表

改善水环境方面正常水位越高，库区水域面积越大，市民的亲水性越好；城市防洪方面4个方案对铜仁中心城区防洪都没有影响；发电效益方面正常水位越高、效益越好；从地形地质方面4个方案不存在大的技术问题。因此，从改善水环境、防洪、发电、旅游、航运等方面综合考虑并结合铜仁中心城区发展规划对水景观的要求[2]，正常水位采用最高上限244.3 m是一个合理的方案。

3.2 死水位选择

在水库正常蓄水位已定的情况下，死水位决定水库的调节库容。死水位提高，水位变幅较小，从改善水环境方面有利，能够提高水库运行的平均水头，一定程度提高电站的发电量，对能量指标有利，但同时水库调节库容减少，降低水库的调节性能，反之亦然。因芦家洞水电站为闸坝，闸坝开启后高于堰顶的泥沙可被冲到下游，淤沙高程比正常水位低10 m，泥沙淤积不是影响死水位选择的因素。因考虑水库调节性能较差，综合比较后取死水位为243.5 m，水库预留155万m3的日调节库容，以“长蓄短发”方式来提高和改善电站运行工况，降低水库变幅从而提高水环境质量。

4 洪水调度方式

洪水调度方式考虑不降低库内铜仁中心城区防洪标准为前提，闸门按对称、同步、均匀、分档开启，分档高度为0.5 m。当泄洪量小于4 944 m3/s时，保持坝上游正常水位244.3 m不变，利用闸门控制泄水量，当下泄流量由0增加到279 m3/s时，由中间1孔闸门增到中间5孔闸门开启，开度由0升到0.5 m；当下泄流量由279 m3/s增加到2 160 m3/s（相当于2年一遇洪水）时，中间5孔闸门同步均匀提升，开度由0.5 m升到4.5 m；当下泄流量由2 160 m3/s增加到3 483 m3/s（相当于5年一遇洪水）时，同步均匀打开另外2个边孔闸门，开度全部升到5.5 m；当下泄流量由3 483 m3/s增加到4 944 m3/s时，7孔闸门同步均匀全打开。闸门关闭则视洪水流量的逐步减小而按闸门开启程序反向执行，首先将7孔闸门同步均匀关闭至5.5 m，其后将2个边孔闸门均匀同步关闭，再将中间5孔闸门同步均匀关闭。

5 影响分析

芦家洞水电站正常水位由239.3 m提高到244.3 m，使芦家洞水电站更好地满足铜仁城市水环境、景观、防洪和旅游资源品牌要求，带来淹没、城市污水排放、防洪堤稳定等一系列的问题，对其影响进行分析。

5.1 库区水环境的影响

芦家洞水电站正常水位提高到244.3 m，库区水域面积增加到2.03 km2，对铜仁城市和锦江的视觉景观改善最明显，水域面积最大，水面最宽阔，水位提高效果最好，增加市民的亲水性。电站具有日调节库容，采取“长蓄短发”方式可使库水位呈现“白天高夜晚低、水位变幅小”的特点，每天库水位变幅只有0.8 m，若保留相同的调节库容，正常水位越低，水位变幅越大，对城市水景观影响就越大。洪水期由于闸门打开，可使铜岩以上河道恢复到天然河道，减小了铜仁中心城区河道的淤积，深层更换水体，改善城区水环境质量，实现蓝天碧水城市风景，提高旅游资源品牌。

5.2 铜仁城市防洪的影响

芦家洞水电站改扩建将原连拱坝改造成溢流坝，溢流坝采用7孔13.5 m×10 m的闸门控制，溢流堰顶高程为234.3 m，比原连拱坝顶高程降低5 m。根据回水计算，正常水位为244.3 m方案可使瓦窑河以下断面50年一遇洪水位相应降低0.21～1.98 m，能满足铜仁中心城区50年一遇的防洪标准，对铜仁中心城区防洪没有影响。同时，洪水位降低使市区12桥梁过流能力都得到相应的增加。

5.3 库区淹没的影响

芦家洞水电站水库的淹没影响范围主要由正常水位决定，库区防洪堤的建设并不能全部和有效解决水库淹没问题，淹没主要有耕地、排污管和防洪堤。正常水位244.3 m，库区淹没田3.76 hm2（59.43亩）、土4.33 hm2（65亩）、商品菜地5.27 hm2（79亩），新增淹没投资1 653.0万元，比正常水位243.3、242.3 m分别多淹没田0.81 hm2（12.13亩）、1.51 hm2（22.63亩），土 0.53 hm2（8亩）、1.13 hm2（17亩），商品菜地0.73 hm2（11亩）、1.53 hm2（23亩），淹没投资多增加112.6万元、223万元，选择较高的正常水位可降低单位电能投资造价。

铜仁市中心城区日排污水量8万t，污水截流管主要沿小江、大江、谢桥河和锦江两岸布置，截流管大部分为埋管，部分为架空管，架空管基础着落在基岩上，污水截流管底高程在244.5～254.22 m范围，正常水位提高对污水收集管基础没有影响，洪水期对污水收集管的影响与正常水位提高前是相同的。漩水湾污水处理厂出水渠高程为240.4 m，正常水位提高对污水处理厂出水排水不畅，需要通过工程措施加以解决。

铜仁市中心城区防洪堤设计标准为50年一遇，由5段防洪堤组成，堤形为土堤和浆砌石重力堤。正常水位提高后，库区内50年一遇洪水位相应降低0.21～1.98 m，洪水位对防洪堤堤高没有影响，只是部分防洪堤基础长期侵泡在水中，复核防洪堤稳定是否有影响。小江左岸砂坝—三中段为土堤，堤顶高程252.8 m，防冲齿槽高程246.00 m，基底大面高程244.0 m，正常水位提高后，高出防冲齿槽顶部0～30 cm，对该段堤没有影响。小江左岸三中—便水门段为浆砌石重力堤，堤顶高程252.75 m，堤基面高程247.8 m，堤基为白云质灰岩，正常水位提高后，低于堤基3.5 m，对防洪堤稳定没有影响。大江左岸鹭鸶岩—川主宫段为土堤，堤顶高程252.1～252.41 m，防冲齿槽顶高程241.0～247.3 m，正常水位提高后，淹没深度0～3.30 m，防洪堤基础置于水下，存在饱水、不均匀沉降等不利工程地质问题，由于该堤为土堤，适应变形能力较强，对该段堤没有影响。锦江右岸大江坪大桥—东山大桥段为浆砌石重力堤，该段防洪堤为20世纪90年代建设，防洪标段只能满足20年一遇洪水，堤基为第四系冲积粉砂质黏土、粉砂土，正常水位提高后，堤基侵泡水中，存在不均匀沉降等不利工程地质问题，该堤为刚性堤，适应变形能力极弱，基础沉降后对堤身影响较大，防洪堤稳定均不满足要求，应拆除重建。锦江右岸东门桥—污水处理厂段为土堤，为污水处理厂自行修建的防洪堤，堤顶为铜仁—寨桂公路，堤顶高程251.82 m，防冲齿槽顶部高程241.0 m，正常水位提高后，高出防冲齿槽顶部3.30 m，防洪堤基础置于水下，土堤呈软塑—可塑状态，力学指标值剧降，必然引起该堤滑坡、蠕滑、垮塌等不利地质隐患，严重影响堤顶公路交通及污水厂临堤建筑物的安全问题，该段防洪堤应进行加固处理。

5.4 对生态、旅游的影响

由于原电站大坝为固定坝，坝高9.1 m，泄洪时洪水上、下游不连续，且大坝右岸鱼道未投入使用，给鱼类洄游带来影响，造形成了一道屏障。通过大坝改建，降低堰顶高程，使泄洪时实现上下游水体连续，给鱼类洄游创造良好的条件，改善了锦江的生态。

随着正常蓄水位的提高，铜岩出露水面越少，正常水位提高到244.3 m，铜岩出露水面5.43 m，铜岩出露水面的视觉效果不受影响，城区12座桥底部空间最低的西门桥为5.93 m，桥梁底部空间通航不受影响。对芦家洞水电站改扩建时，将对船闸进行改造，按照100 t位级通航能力重新进行设计，可使十里锦江的游船直接抵达九龙洞，增加游客数量，实现从铜仁中心城区至九龙洞全程通航，提高了旅游资源品牌。

5.5 工程效益的影响

铜仁中心城区河段建有瓦窑河、清水塘、木杉河和芦家洞4座电站。瓦窑河电站建在锦江左岸支流小江上，坝顶高程243.95 m，正常尾水位239.3 m，利用水头4.65 m，装机为2×160+200 kW，年发电量258万kW·h。木杉河电站建在谢桥河河口，坝顶高程为243.63 m，正常尾水位为239.3 m，利用水头4.33 m，装机为1×100 kW，年发电量41万kW·h。原芦家洞水电站建在锦江干流上，正常蓄水位为239.3 m，正常尾水位为231.3 m，利用水头8 m，装机为4×1 250 kW，年发电量2 139万kW·h。对芦家洞水电站改造，若正常水位提高不超过库区淹没的木杉河、瓦窑河电站坝顶，必将造成2座电站不能正常发电，造成水资源浪费；正常水位提高至244.3 m，比瓦窑河电站坝顶高0.35 m，比木杉河电站坝顶高0.67 m，瓦窑河、木杉河电站将全部淹没，库区回水至清水塘电站水位为244.6 m，与清水塘电站尾水衔接，水资源得到充分利用。若正常水位再提高，必将造成左岸支流小江上清水塘电站水头重叠，清水塘电站发电量减少，难以协调。芦家洞水电站改扩建后，电站装机3×7 MW，年发电量为8 580万kW·h，减去原芦家洞水电站、木杉河和瓦窑河电站的年发电量，每年可新增发电量6 142万kW·h。

6 结语

芦家洞水电站改扩建，大坝由固定坝改成闸坝、正常水位由239.3 m提高到244.3 m，采用“长蓄短发”降低水库变幅从而改善了水环境质量、增加了河道水域面积、减小了城区河道的淤积、增加了亲水性、美化城市景观、提高旅游资源品牌且充分利用水资源。芦家洞水电站改扩建后使铜仁中心城区“城在水中，水在城中”，让铜仁城拾阶数步，可河边浣纱，躬身掬水，站在大街之上即可在山中看见自己的倩影，成为天人合一佳境，锦江将成为旅游者的天堂。

芦家洞水电站改扩建于2013年3月下闸蓄水发电，大坝经过4个洪水期多次高水位的考验，铜仁中心城区防洪堤、桥梁、污水设施运行情况良好，特别是2014年“7·15”洪水为50年一遇，城区防洪堤无一处垮塌，瓦窑河以下防洪堤超高都在1 m以上，与设计洪水位工况基本一致，洪水运行良好。