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LOW CARBON WORLD 2023/6梯级水库调度在施工导流中的应用吴彬，刘岭楠，杨硕（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014）【摘要】以水口坝下工程为例，介绍梯级水库调度在水口坝下工程的成功应用。水口坝下工程位于水口水电站下游，若按照水口水库现状调度方式选择施工导流各期流量，施工导流流量大、难度大、风险高、造价高。根据水口水库运行实际情况，提出非汛期预降水口水库水位，达到拦洪削峰的作用，降低施工导流设计流量，简化施工导流方案及投资，提高社会效益和经济效益。【关键词】水口坝下工程；水口水库；施工导流；预降水位【中图分类号】TV551【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）06-0058-031概况福建省闽江水口水电站枢纽坝下水位治理与通航改善工程（简称“水口坝下工程”）位于闽江干流闽清县境内的闽江河段，水口水电站下游 9 km 处。该工程为河床式低水头枢纽，枢纽建筑物从右至左依次由右岸挡水建筑物、通航建筑物、泄洪及消能建筑物、左岸护坡等组成。水口坝下工程采用分期导流方式，导流程序及标准如下：子围堰施工阶段，导流标准采用非主汛期 5 年一遇洪水，左岸束窄河床导流，时段为2017 年 9 月至 2018 年 2 月，施工一期、二期导流共用纵向混凝土围堰及一期上、下游土石围堰。一期导流时段为 2018 年 4 月至 2021 年 8 月，非主汛期9月至次年 3 月围堰挡水，导流标准采用非主汛期10 年一遇洪水，一期围堰围右岸，枯水期围堰挡水、左岸束窄河床过流和通航，汛期围堰及左岸主河床过流。二期导流时段为 2021 年 9 月至 2022 年 2 月，导流标准采用非主汛期 10 年一遇洪水，二期围堰围左岸，围堰挡水，右岸已建溢流堰过流和船闸通航，施工左岸为溢流坝段和左岸护坡。2问题的提出按照水口水库现状调度方式，入库流量小于28 900 m3/s 的洪水不起拦蓄作用。根据水文计算结果，施工导流期间洪水设计流量若采用天然情况下流量，9 月至次年 2 月、9 月至次年 3 月的 10 年一遇洪水分别达到 8 680 m3/s、12 400 m3/s，该施工导流设计流量将达到国内大型、巨型水利水电工程对应设计流量，施工导流的设计和施工难度非常大，导流风险高。根据近年水口水电站实际运行情况，由于河床下切，水口水库采取降低运行水位的方式保证机组稳定运行。因此，有必要研究水口水库“预降水位、拦洪削峰”的可行性，降低施工导流设计流量，从而降低施工导流的风险、难度和造价1。3水口水库“预降水库、拦洪削峰”能力3.1水口水库非主汛期预降低水位运行的可行性自水口水电站投产以来，由于水口下游河道持续采砂、清水下泄等原因，导致水口水电站下游河床下切，使水口水电站水轮机吸出高度达不到原设计要求，不能保证机组的安全运行。为此，在近年来的实际运行中，水口水电站按水头不超过最大安全运行水头 57.8 m 控制水库水位，非主汛期通常需降低水库水位运行区间。根据水口电厂提供的资料，非主汛期水库水位基本按福建省经贸委批复的通航管理规定控制，水库水位在 60 m 左右运行。水口水库非主汛期预降水位至 60.0 m、61.0 m、62.0 m，至正常蓄水位 65.00 m 可预留库容分别为4.64 亿 m3、3.76 亿 m3、2.83 亿 m3，通过洪水预泄调度，可预留库容大2。根据破坏天数指标分析以上预降水位方案，枯水年、平水年和丰水年均不会增加破坏天数；根据水量利用指标分析，枯水年不受影响，平水年和丰水年略增加水量利用率；从电量指标分析，枯水年电量损失，平水年和丰水年电量增加，仅60.0 m 方案各水平年平均电量略有减少，其余方案均有所增加。综合上述分析，水口水库预降水位至 60.0 m、61.0 m、62.0 m，水口水电站破坏天数指标、水量利用指标和电量指标总体均有所提高，对水口水电站运行是有利的；水口水库非主汛期预降水位是有可行性的3。20002008 年水口水库逐月平均水位统计如表 1 所示。3.2水口水库调洪原则水口水库居民迁移线淹没标准 P=5%，主汛期相应坝前水位为 61.81 m，非主汛期坝前水位为 65.0 m；低碳技术58DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.026LOW CARBON WORLD 2023/6土地征用线淹没标准为 P=50%，主汛期相应坝前水位为 61.0 m、非主汛期坝前水位为 65.0 m。由于各预降水位方案仅针对施工期，因此以不影响水口水库淹没水位和其他特征洪水位为原则拟定调洪原则。各非主汛期预降水位至 65.0 m 之间调洪原则如下。（1）当入库流量小于各分期、各频率相应拟定的控制流量时，按入库流量出库。（2）水库水位在预降水位至 65 m 之间，当入库流量大于各分期、各频率相应拟定的控制流量时，按控制流量出库。（3）水库水位大于或等于 65 m，则按水口水库目前的调洪原则调度。3.3水口水库非主汛期“预降水位、拦洪削峰”能力根据拟定的各预降水位调洪原则和各分期设计洪水基本资料，水口水库非主汛期各预降水位方案调洪成果和削峰能力如表 2 所示。按下述调洪成果，当水口水库的预降水位为 60.0 m、61.0 m、62.0 m时，对 9 月至次年 3 月、P=10%分期洪水的削峰率分别为 41.85%、36.94%、31.05%；对 9 月至次年 2 月、P=10%分期洪水的削峰率分别为 51.38%、45.62%、38.48%。从上述各预降水位方案分期洪水调洪成果可以看出，水口水库在非汛期适当进行预降水位控制，预留库容进行拦洪削峰，其效果是显著的，可以大幅削减施工导流的洪水流量，优化施工导流，有利于工程顺利实施4。年份月份123456789101112200061.9360.6959.0958.8357.3959.9759.7662.6063.4764.0563.6663.72200163.6562.8062.0760.1560.2760.1558.4962.7363.9861.1163.4162.00200263.0659.7759.8857.8357.7458.4460.0763.1362.7563.1463.8762.99200361.6762.7261.4659.7059.6258.2757.7058.1660.3857.9057.4457.33200456.5559.1560.4260.0458.9958.1060.2760.9463.6663.1963.1662.30200560.9162.4160.7759.1860.2960.2662.5163.9862.9162.8162.1159.46200661.0959.9161.4258.8959.5161.3260.2662.3662.5461.1861.2161.23200761.8661.0762.1558.3157.4961.0060.5761.4561.7260.4460.3761.27200859.2361.0959.8558.7158.2459.7658.6761.2760.4760.5660.1759.20表1 20002008年水口水库逐月平均水位统计单位：m4水口水库不同调度方案对各期施工导流设计流量选择的影响4.1子围堰导流时段设计流量选择子围堰导流期间设计洪水流量采用非主汛期9 月至次 2 月，5 年一遇洪水，子围堰导流时段水口水库不同调度方案水力学指标如表 3 所示。从表 3可以看出，在现状调度方案下子围堰导流的各项水力学指标均较大，实施难度大；在水口水库预降水位至 62.00 m 运行后，其各项指标大幅减小，处于项目实施的可控范围内，同时比较水口水库预降水位62.00 m、61.00 m、60.00 m 3 个调度方案，其指标变化不大。因此，在满足工程需求前提下尽可能减少对水口水电站运行的影响，选择水口水库预降水位至62.00 m 方案，经拦洪削峰后出库洪峰由 6 830 m3/s降至 3 790 m3/s，削峰率达到 44.51%。考虑到水口水电站满发流量为 3 934 m3/s，两者相差不大，选取满发流量为设计流量5。4.2一期围堰导流时段设计流量选择一期导流采用非主汛期 9 月至次年 3 月，10 年一遇洪水，一期导流时段水口水库不同调度方案水力学指标如表 4 所示。子围堰拆除水下拆除范围大、时间紧，子围堰拆除按照拆除至 0.00 m、2.00 m 两个方案计算，从表 4 可看出，在现状调度方案下子围堰的各项水力学指标均较大，施工导流难度大；在水口水库预降水位至 62.00 m 运行后，其各项指标大幅减少，处于项目实施的可控范围内，同时比较水口水库水口水库预降水位/m预留库容/亿 m3洪水频率/%时段入库洪峰/（m3 s-1）出库洪峰/（m3 s-1）削峰率/%604.64P=109 月至次年 3 月12 4007 21041.859 月至次年 2 月8 6804 22051.38P=209 月至次年 2 月6 8302 89557.61613.76P=109 月至次年 3 月12 4007 82036.949 月至次年 2 月8 6804 72045.62P=209 月至次年 2 月6 8303 25552.34622.83P=109 月至次年 3 月12 4008 55031.059 月至次年 2 月8 6805 34038.48P=209 月至次年 2 月6 8303 79044.51表2水口水库非主汛期各预降水位方案调洪成果和削峰能力低碳技术59LOW CARBON WORLD 2023/6预降水位 62.00 m、61.00 m、60.00 m 3 个调度方案，其指标变化不大。因此，在满足工程需求前提下尽可能减小对水口水电站运行的影响，选择水口水库预降水位至 62.00 m 方案，经拦洪削峰后出库洪峰由12 400 m3/s 降至 8550 m3/s，削峰率达到 31.05%。4.3二期围堰导流阶段设计流量选择二期导流采用非主汛期 9 月至次年 2 月，10 年一遇洪水，二期导流阶段水口水库不同调度方案水力学指标如表 5 所示。由于二期导流利用已建溢流堰过流，过流面高程 6.94 m，较大的设计流量将使上游水位过高，将加高一期、二期导流共用的纵向混凝土围堰（一期导流期间挡水水位 12.04 m），而纵向混凝土围堰的布置位置紧张，不应加大其断面进一步占用河床。经计算，考虑水口水库预降水位65.0 m、62.0 m、61.0 m、60.0 m 方案，经拦洪削峰后出库洪峰分别为 8 680 m3/s、5 340 m3/s、4 720 m3/s、4 220 m3/s，上游水位分别为 19.07 m、15.28 m、14.58 m、14.10 m，经经济技术比较后选择水口水库预降水位 60.0 m 方案，经拦洪削峰后出库洪峰由8 680 m3/s 降至 4 220 m3/s，削峰率达到 51.38%。5结语鉴于闽江河道下切，水口水库运行水位下降的实际情况，综合考虑预降水位对水口水电站破坏天数、水量利用和电量等指标因素的影响，水口水库非主汛期降低运行水位，预留拦蓄库容、降低出库流量是可行且有利的。子围堰导流、一期导流和二期导流各期分别采取水口水库预降水位至 62.0 m、62.0 m和 60.0 m 方案，削锋率分别达到 44.51%、31.05%和51.38%，减小了施工导流设计流量，降低了施工导流难度，为水口坝下工程顺利实施奠定基础。水口坝下工程 2015 年 7 月开工，2017 年 8 月 7日子围堰完成石方填筑工程，至 2018 年 4 月拆除，期间2017 年 8 月 3 日入库流量 6 230 m3/s，经水口水库调蓄后出库流量 3 000 m3/s，低于设计流量，保证了子围堰的顺利施工和运行；一期围堰 2018 年 4 月 20 日完成一期土石过水围堰防护工程，计划 2021 年 1 月初开始拆除，围堰挡水时段为 2018 年 9 月至 2021 年3 月的非主汛期 9 月至次年 3 月，2019 年 2 月 22 日入库流量 9 170 m3/s，经水口水库调蓄后出库流量2 700 m3/s，低于设计流量，保障了基坑的顺利施工。参考文献1 池惠.水口坝下工程施工期水库调度方式探讨J.水利科技，2017（4）：9-12.2 刘伟时，蓝祝光.特殊运行工况下水库预泄调度方式研究J.水力发电，2022，48（3）：89-93.3 程燕.梯级水利水电工程施工导流设计标准及流量确定的探讨J.东北水力发电，2001（5）：6-10.4 本刊编辑部.国内首个特大型水电站坝下通航工程建设进入冲刺阶段J.云南水力发电，2020，36（4）：189.5 王文种，刘宏伟，彭安帮，等.水口水电站坝下治理工程实施后尾水位-流量关系分析J.水电能源科学，2019，37（9）：21-23，54.作者简介：吴彬（1980），男，汉族，江苏苏州人，本科，高级工程师，主要从事水利水电工程施工组织设计工作。刘岭楠（1993），女，汉族，内蒙古巴彦淖尔人，硕士研究生，工程师，主要从事水利水电施工组织设计及矿山工程设计工作。杨硕（1992），男，汉族，山东菏泽人，硕士研究生，工程师，主要从事水利水电施工组织设计及矿山工程设计工作。表4一期导流时段水口水库不同调度方案水力学指标方案项目水口水库运行水位/m设计流量/（m3 s-1）围堰拆除至 0.00 m高程子围堰拆除至 2.00 m高程上游水位/m上游水位/m平均流速/（m s-1）165.0012 40015.8616.045.17262.008 55012.0412.254.48361.007 82011.4711.704.33460.007 21010.9911.274.15平均流速/（m s-1）4.764.123.963.82低碳技术表3子围堰导流时段水口水库不同调度方案水力学指标165.006 83013.085.40262.003 9799.264.23满发流量362.003 7909.024.15461.003 2558.283.92560.002 8957.753.74方案项目备注水口水库运行水位/m设计流量/（m3 s-1）上游水位/m平均流速/（m s-1）表5二期导流阶段水口水库不同调度方案水力学指标方案项目水口水库运行水位/m设计流量/（m3 s-1）上游水位/m平均流速/（m s-1）165.008 68019.073.60262.005 34015.282.38361.004 72014.582.15460.004 22014.102.0060