夹岩水利枢纽工程初期蓄水生态流量泄放方案研究

张飞　文志颖

摘要：为解决水利水电工程初期蓄水阶段泄放生态流量问题，研究制定泄放生态流量措施，结合夹岩水利枢纽工程，采用对比分析方法，从工程投资大小、工期长短及下闸程序复杂程度3个方面，对比分析泵站提水和在导流洞一期堵头预埋生态管泄放生态流量2种方案，最终选择采用在导流洞一期堵头中预埋生态管泄放生态流量的方案。结果表明：该方案投资增加不大、施工工期影响较小。研究成果可为类似水利水电工程选择初期蓄水泄放生态流量措施提供参考。

关键词：初期蓄水； 生态流量； 泄放措施； 夹岩水利枢纽工程

中图法分类号：TV61 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.04.019

文章编号：1006-0081（2024）04-0117-04

0 引 言

水利水电工程初期蓄水阶段（水库下闸蓄水水位上升至工程永久生态流量泄放设施高程期间），若不采取工程措施，将造成下游河道断流脱水，影响下游河道生态环境。生态流量是维系河湖生态功能、控制水资源开发强度的重要指标。保障河湖生态流量，事关水安全保障和生态文明建设［1］。

目前，水利水電工程初期下闸蓄水阶段泄放生态流量的工程措施主要有以下4种［2］：① 泵站提水，适用于生态流量小、提水扬程变幅小的工程；② 在导流洞底部或侧墙部位预埋生态管，适用范围广，但与导流洞施工产生干扰，影响导流洞施工进度，进而影响工程截流工期；③ 单独修建生态洞泄放生态流量，适用于泄放生态流量大的工程，但对挡水闸门及启闭设备要求高；④ 生态洞联合导流洞泄放生态流量，同样适用于泄放生态流量大的工程，但生态洞或导流洞堵头段需埋设放水管且需分段实施，堵头施工工期长、风险大，生态洞修建投资大。

本文结合夹岩水利枢纽及黔西北供水工程（以下简称“夹岩水利枢纽工程”），从工程投资大小、工期长短、下闸程序复杂等方面，采用对比分析方法，为工程施工图阶段提供合理的生态流量泄放方案。

1 工程概况

夹岩水利枢纽工程所在六冲河为乌江上游右岸最大一级支流，是长江上游重要的生态屏障［3-4］。为协调生态环境保护与经济社会发展之间的关系，最大限度减少初期蓄水对下游环境的不利影响，研究夹岩水利枢纽工程初期蓄水泄放生态流量方案对提高水库下游生态用水保障和改善生态环境具有重要意义［4］。

夹岩水利枢纽工程由水库工程、毕大供水工程、灌区骨干输水工程三大部分组成。工程任务以供水和灌溉为主，兼顾发电，并为区域扶贫开发及改善生态环境创造条件。大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程1 328.0 m，最大坝高154.0 m，坝顶长428.93 m。放空洞布置在左岸，隧洞采用圆形断面，洞径为5.0 m，长750 m，进口底板高程1 242 m。导流洞布置于河床左岸，洞身长1 440.12 m，为城门洞形，设计洞径6.0 m×8.0 m，中心角120°，进口底板高程1 217.00 m，出口底板高程1 210.00 m，纵坡坡度为0.4%，为有压流隧洞。初期生态放水兼导流洞布置在河道左岸，洞身长748.49 m，为城门洞形，设计洞径3.0 m×4.5 m，中心角122°，进口底板高程1 217.00 m，出口底板高程1 210.00 m，纵坡坡度为0.94%，为有压流隧洞。

2 生态流量确定

夹岩水利枢纽工程下游无生活用水取水口，河道无航运功能，因此，坝址下游下泄生态流量应满足下游河道生态需水、景区旅游、景观用水及下游河道环境用水要求。坝址多年平均流量如表1所示。

根据GB/T 25173-2010《水域纳污能力计算规程》，坝址下游河段纳污能力计算以90%最枯月为设计水文条件，即环境用水量为12.10 m3/s。通过对水文学方法［5-6］（Tennant法、90%保证率法、实测最小流量法）、生态流量力学法确定的河道生态需水量，九洞天旅游、景观用水及环境用水进行对比分析，采用外包法，推荐采用坝址90%保证率、最小月均流量12.10 m3/s为坝下最小下泄流量。

3 初期蓄水泄放生态流量方案

3.1 初设阶段方案

初步设计阶段蓄水考虑利用生态放水兼导流洞封堵体预埋1 m生态管泄放生态流量。施工图阶段对生态管过流能力进行复核，单根生态管管径为1 m，按以下公式［7］进行过流能力复核：

由表2可知，从起调高程1 219.20 m至放空洞底板高程1 242.00 m，生态管下泄流量为3.39～12.62 m3/s。该方案在1 240.00 m水头作用下，能够满足泄放生态流量12.10 m3/s的要求，但在初期蓄水短期时间内达不到泄放生态流量要求。

3.2 施工图阶段方案

初设阶段对泄放生态流量重要性认识不够，设计时主要考虑水库下闸初期水位上升速度快的因素，随着库水位抬升，下泄流量逐渐增大，初期蓄水河床不存在脱流现象，认为短时间不满足12.10 m3/s 生态流量，对下游生态影响不大。

在施工图阶段，为了解决夹岩水利枢纽工程初期蓄水泄放生态环境流量短期内不能满足12.10 m3/s的问题，更好地保护六冲河生态环境，减缓初期蓄水对下游水生生态环境的不利影响，需对初期蓄水泄放生态流量方案进行调整。

（1） 方案一。在不改变原下闸程序的基础上，采用泵站提水至放空洞泄放生态流量的方式补充生态流量。根据表2初设阶段生态管泄流流量表，最小下泄流量为3.39 m3/s，为达到12.10 m3/s生态流量，需采用泵站提水，提水流量8.71 m3/s。泵站提水时间为库蓄水水位1 219.20～1 240.00 m期间，放空洞底板高程为1 242.00 m，对应泵站净扬程22.80～2.00 m，提水流量8.71～0.00 m3/s。

由于泵站扬程、流量变化范围较大，设计布置考虑采用3种泵站提水方式：① 地面固定式泵站；② 深井泵站；③ 浮船式泵站。根据综合比选，地面式泵站、深井泵土建投入量较大，工期相对较长，且后期拆除困难，重复使用率较低；浮船式泵站一次投入相对较多，但后期拆除利用率高，施工快捷。推荐泵站提水方案采用浮船式泵站。

（2） 方案二。改变原下闸程序及切换泄流通道，在导流洞一期封堵体中埋设一根1.5 m生态管泄放生态流量［8］。初期蓄水下闸封堵程序如下：① 下闸导流洞闸门进行导流洞临时堵头施工及阀门、生态钢管的安装；② 提起导流洞闸门；③ 生态放水兼导流洞下闸进行生态放水兼导流洞永久封堵体施工；④ 水库进行初期蓄水、由导流洞一期堵头预埋生态管泄放生态流量；⑤ 初期生态放水兼导流洞一期堵头具备挡水条件，关闭放空洞闸门；⑥ 水库蓄水位至泄洪洞高程后，关闭预埋生态管阀门，利用导流洞一期堵头挡水，进行导流洞二期堵头施工；⑦ 初期蓄水正式完成。

导流洞下闸后至生态放水兼导流洞下闸前，由生态放水兼导流洞进行临时导流，结合现场实际施工进度计划，导流洞于10月初下闸，10月月平均流量为63.30 m3/s，对应上游水位为1 222.93 m，导流洞封堵段底板高程为1 212.66 m，生态管安装中心高程为1 214.46 m。生态管埋设布置如图1所示。

按照公式（1）对直径1.5 m生态管过流能力进行复核，直径1.5 m生态管在上游水位1 222.93 m条件下对应的下泄流量为16.63 m3/s，满足12.10 m3/s 生态流量下泄要求。

3.3 方案比選

施工图阶段为确保夹岩水利枢纽工程初期蓄水泄放生态流量一直满足12.10 m3/s要求，主要考虑采用泵站提水补充和导流洞一期堵头预埋生态管两种方案。从施工工期、新增投资及下闸程序3个方面对两种方案进行比较分析，具体见表3。

通过对比分析，方案二在施工准备期需增加工期一个月，对整个工程下闸影响不大，且投资增加较少，同时能满足泄放生态流量要求，因此推荐方案二作为夹岩水利枢纽工程初期蓄水泄放生态流量方案。

4 方案实施

导流洞于2021年9月下旬下闸，11月下旬完成导流洞一期堵头施工及生态管安装，12月上旬提起导流洞挡水闸门，关闭生态放水兼导流洞闸门，对生态放水兼导流洞进行封堵施工，期间生态流量从生态管泄放。初期蓄水期间对泄放生态流量监测，泄放流量为12.83 m3/s，满足工程初期蓄水生态流量要求。

5 结 论

（1） 水利水电工程初期蓄水泄放生态流量对加强坝址下游生态用水保障和改善生态环境具有重要意义。针对不同的工程采用不同的生态流量泄放措施，如泵站提水泄放生态流量或旁通管泄放生态流量、生态洞泄放生态流量等。选择适宜的生态流量泄放措施对工程初期蓄水泄放生态流量起到事半功倍的效果。

（2） 夹岩水利枢纽工程初设阶段，初期蓄水泄放采用在生态放水兼导流洞一期堵头中预埋生态管泄放生态流量，然而，在上游水位1 219.20～1 242.00 m期间，此措施短时间内不满足生态流量泄放。

（3） 施工图阶段从施工工期影响、工程投资及蓄水程序难易程度3个方面对比分析泵站提水和导流洞一期堵头预埋生态管2种方案，最终选择采用投资增加不大、施工工期影响较小、在导流洞一期堵头中预埋生态管泄放生态流量的措施。

实践证明该方案经济可行，研究成果可为今后类似工程选择初期蓄水泄放生态流量措施提供参考。

参考文献：

［1］狄俊明，刘培锋，郝垭珑.水电工程深厚覆盖层分类［C］∥2021首届城市水利与洪涝防治研讨会论文集，2021.

［2］杨萌.九寨水电站生态流量计算及保障措施分析［J］.环境与发展，2023，35（1）：96-98.

［3］吴承君，王仲梅，来志强.乌江流域生态流量计算及其时空演变规律研究［J］.人民长江，2023，54（5）：94-100.

［4］贵州省水利水电勘测设计研究院.贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程初步设计报告［R］.贵阳：贵州省水利水电勘测设计研究院，2015.

［5］肖卫，周刚炎.三种生态流量计算方法适应性分析及选择［J］.水利水电快报，2020，41（12）：59-62.

［6］彭才喜，程霖，王中敏.孤山航电枢纽生态流量核定及保障措施研究［J］.人民长江，2022，53（增2）：34-37.

［7］李炜.水力计算手册［M］.2版.北京：中国水利水电出版社，2006.

［8］管贤，余秋兰.夹岩水利枢纽工程下闸蓄水及河道生态流量保障方案选择［J］.珠江水运，2023（10）：114-116.

（编辑：张 爽）

Study on ecological discharge measures for initial impoundment of Jiayan Water Project

ZHANG Fei，WEN Zhiying

（Guizhou Water & Power Survey-Design Institute Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China）

Abstract： In order to solve the problem of lower ecological flow in the initial water storage stage of hydraulic and hydropower projects and to propose ecological discharge measures， we combined with the Jiayan Water Project， adopted the comparative analysis method， compared and analyzed the two schemes of water pumping station and lower ecological flow in the first phase of diversion tunnel from project investment size， project duration and complexity of the sluice procedure three aspects. The final choice was to adopt the measure of ecological flow released by pre-buried ecological pipe in the plug of the first phase of the diversion hole. The results showed that the programme had resulted in little additional investment and minimal impact on the construction period. The research results can provide a reference for similar hydropower projects to choose measures of releasing ecological flow in the initial water storage.

Key words： reservoir initial filling; ecological flow; decentralization measure; Jiayan Water Project

收稿日期：2023-10-13

作者简介：张 飞，男，高级工程师，硕士，主要从事水利水电工程设计研究工作。E-mail：348835039@qq.com