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1 青海省大通河纳子峡水电站工程生态基流泄放设施实施方案甘肃省水利水电勘测设计研究院二一七年十一月

2 核定 : 张文华审查 : 吕生玺校核 : 王振强编写 : 闻晓莉冯龙龙刘有亮

3 目录 1 项目背景编制依据依据的法律法规及规程规范基本资料生态基流泄放设施布置方案选择布置原则布置方案的选择推荐方案建筑物设计工程布置水力学计算管道设计监测监控设施及运行管理监测 ( 控 ) 设施监测设备运行管理工程投资... 12

4 1 项目背景大通河是黄河的二级支流, 湟水河的一级支流, 发源于青海省的天峻县, 自西北向东南流经青海省刚察祁连海晏门源互助乐都等县和甘肃省的天祝永登两县, 最后在青海省民和县享堂镇附近注入湟水大通河系山区河流, 干流水量丰沛, 纵坡陡, 蕴藏着丰富的水能资源大通河干流河道全长 560.7km, 干流纵比降 4.56, 流域面积 15130km 2, 纳子峡坝址以上集水面积 6593 km 2 纳子峡水电站位于青海省东北部的门源县苏吉滩乡燕麦图呼村和祁连县默勒镇的交界处, 在大通河上游末段 ( 上游 : 河源 ~ 尕大滩, 中游 : 尕大滩 ~ 连城, 下游 : 连城 ~ 大通河口 ), 地理位置东经 98º30 ~ , 北纬 ~38 25, 公路里程经青石嘴 (50km)- 达坂山 - 大通县 - 西宁市约 186km 纳子峡水电站大通河流域水利水电规划的 13 个梯级中第 4 座水电站电站开发方式为混合式, 上接海浪沟水电站, 下游为石头峡水电站, 工程总库容为 m 3, 最大坝高 117.6m, 属 Ⅱ 等大 (2) 型工程其中混凝土面板坝为 1 级建筑物, 其它主要建筑物溢洪道泄洪放空洞引水隧洞高压管道厂房等为 2 级, 次要建筑物为 3 级电站总装机容量 87MW, 保证出力 16.6MW, 多年平均发电量为亿 kw h, 年利用小时数 3570 根据青海省环境保护厅关于青海省大通河纳子峡水电站工程环境影响报告书的批复 ( 青环发 [2009]439 号 ) 意见, 项目运行期水库至电站之间将形成约 600 米的脱水段为保证连续下泄不小于 4.12 立方米 / 秒的生态基流初步设计中应在引水枢纽上设置生态基流放水孔为保证生态基流下泄的水量要求, 恢复原工程区生态基流下泄功 1

5 能 2017 年 10 月 10 日, 青海黄河中型水电开发有限责任公司委托我院开展纳子峡水电站生态基流放水孔的设计工作结合纳子峡水电站工程总体布置及运行方式, 在不影响枢纽挡水及泄水建筑物的功能和运行安全的前提下, 我院编制完成青海省大通河纳子峡水电站工程生态基流泄放设施实施方案 2 编制依据 2.1 依据的法律法规及规程规范 (1) 中华人民共和国环境保护法 2014 年 4 月修订,2015 年 1 月 1 日起实施 ; (2) 中华人民共和国环境影响评价法 2016 年 7 月修订,2016 年 9 月 1 日起施行 ; (3) 防洪标准 GB ; (4) 水电枢纽工程等级划分及设计安全标准 DL ; (5) 建设项目水资源论证导则 SL ; (6) 混凝土面板堆石坝设计规范 DL/T ; (7) 水工混凝土结构设计规范 DL/T ; (8) 水工隧洞设计规范 DL/T ; (9) 水工建筑物荷载设计规范 DL ; (10) 水电工程水工建筑物抗震设计规范 NBT ; (11) 水工建筑物抗冻设计规范 DL/T ; (12) 水电水利工程边坡设计规范 DL/T ; (13) 溢洪道设计规范 DL/T ; 2

6 (14) 水电站进水口设计规范 DL/T ; (15) 水电站压力钢管设计规范 DL/T 基本资料 (1) 关于深化落实水电开发生态环境保护措施的通知 ( 环保部国家能源局文件, 环发 [2014]65 号 ); (2) 青海省环境保护厅关于青海省大通河纳子峡水电站工程环境影响报告书的批复 ( 青环发 [2009]439 号 ); (3) 青海省大通河纳子峡水电站工程初步设计及施工图设计阶段的勘察设计文件 3 生态基流泄放设施布置方案选择 3.1 布置原则 (1) 生态基流泄放设施布置按照非人为控制全天候全方位全覆盖的原则进行, 并安装必需的监测计量设备 ; (2) 生态基流泄放设施布置应充分结合工程总体布置及运行方式 ; (3) 生态基流泄放设施的布置不得影响枢纽挡水及泄水建筑物的功能和运行安全 ; (4) 生态基流泄放设施布置应尽量避免出水断面水流对下游建筑物河道岸坡等的冲刷影响, 必要时管道出口设置消能防冲措施 3.2 布置方案的选择已建工程利用条件分析根据工程总体布置, 纳子峡水电站工程主要建筑物有挡水大坝左岸泄洪放空洞左岸发电引水隧洞和右岸溢洪道等对利用现有的泄水引水建筑物泄放生态基流的可行性进行分析 3

7 (1) 水库特征水位正常蓄水位 : m 设计洪水位 : m 校核洪水位 : m 死水位 : m (2) 左岸泄洪放空洞左岸泄洪放空洞由导流洞改建而成, 进口底板高程为 m, 闸室上游段为有压圆形隧洞, 洞径 4.2m, 洞长 48.15m 闸室为竖井结构, 设置检修平板门和弧形工作门各一道 ; 闸后为无压洞, 洞长 m, 龙抬头段为城门洞形, 断面尺寸为 m, 全断面混凝土衬砌 ; 与导流洞结合利用段长 m, 其断面尺寸为 m 出口消能采用挑流消能, 鼻坎采用斜贴角形式, 泄洪洞最大泄量 408m 3 /s, 最大流速为 34.89m/s 左岸泄洪放空洞进口底板高程 3125m, 低于水库死水位 m, 具备向下游河道泄放生态基流的基本条件若利用左岸泄洪放空洞泄放生态基流, 为满足生态基流泄放最小流量要求, 并为保证非人为控制生态基流泄放通道, 以水库死水位运行工况时下泄水量不小于 4.12m 3 /s 基础条件, 按泄洪放空洞的泄流能力复核计算工作门的开度, 据此在工作门底坎设置槽钢垫块 ( 垫块高度由上述计算的工作门的开度确定 ), 非泄洪期间, 工作门坐落于槽钢垫块之上该方案施工简单方便, 不影响泄洪放空洞正常泄洪过流的功能, 生态流量的下泄不受人为控制, 可全天候运行, 工程投资节省但由于泄洪放空洞为高水头深孔闸门, 高水压致使孔口流速快, 长期小开度运 4

8 行对泄洪洞深孔工作门的震动影响较大, 不利于闸门结构和建筑物工程的安全运行长期运行对隧洞底板混凝土的耐久性 ( 主要是冲刷磨损冻融 ) 将产生不利影响 (2) 左岸引水发电隧洞左岸引水发电洞进口底板高程为 m, 隧洞全长 m, 隧洞直径 6.0m, 其中砼衬砌洞段 m, 钢衬砼洞段 m 左岸引水发电洞进口底板高程 m, 低于水库死水位 m, 亦具备向下游河道泄放生态基流的基本条件由于引水发电洞全程为有压引水隧洞, 若利用引水发电隧洞泄放生态基流, 则需要在左岸山体布置生态基流放水支洞与引水发电隧洞相接即可以实现该方案生态基流放水支洞出口位处泄洪放空洞消能区, 不利用工程的安全运行同时工程施工将影响电站正常发电运行, 且施工难度较大 (3) 右岸溢洪道溢洪道进口引水渠长 166.3m, 渠底高程为 m 控制段闸室孔口尺寸为 3 孔 8m 10m, 闸墩顶高程为 m 3 孔溢洪道各设 1 扇弧形工作钢闸门, 采用液压启闭机操作溢流堰采用实用堰, 堰顶高程为 m, 泄槽段水平长 215.9m, 纵坡分别为 1/20 和 1/2, 出口消能采用挑流消能, 鼻坎采用扩散式溢洪道最大泄量 1141m 3 /s, 最大流速为 35.82m/s 溢洪道进口引水渠渠底高程 m, 堰顶高程为 m, 均高于水库死水位 m, 现状条件不具备向下游河道泄放生态基流的条件, 同时改建难度大, 且对闸室控制段结构稳定安全影响大综上所述, 经对利用现有泄水引水建筑物泄放生态基流的可行性 5

9 分析, 溢洪道不具备泄放生态基流的条件且改建难度大, 泄洪放空洞和引水发电洞虽然具备泄放生态基流的基本条件, 但存在施工难度大, 长期运行影响建筑物的安全运行, 以及工程施工影响电站正常发电等问题因此, 本次设计生态基流泄放设施布置方案拟定时不再考虑对现有建筑物的改建利用布置方案拟定和选择根据本电站枢纽工程总体布置, 结合水库运行方式, 对生态基流泄放设施的布置按水库在最低运行水位工况下 ( 按死水位 m 控制 ), 满足引水流量不小于 4.12m 3 /s, 初步拟定自流引水虹吸式进水口引水和加压引水三种方案进行分析比选三种方案生态基流取水口均布置于右岸, 生态放水管出口布置水库坝后右岸坡脚 (1) 方案一 : 自流引水方案该方案在右岸溢洪道引渠桩号处布置生态基流取水口, 取水口进口高程为 m, 采用压力钢管引水, 引水管线自取水口沿溢洪道右侧边墩及泄槽右侧边墙外侧布设至溢洪道挑流鼻坎, 再折转沿溢洪道鼻坎下游侧布设至溢洪道出口左侧, 再沿岸坡布设至右岸坝脚附近, 管道出口消能措施采用锥形阀生态基流压力引水管道长 383m, 管径为 DN700, 初拟采用沟埋式布置, 管道工作压力按 1.5Mpa 考虑, 在转弯和地形条件变化处设置镇墩管道外包混凝土厚 60cm, 管顶外包混凝土顶部以上最小覆土厚度按不小于最小冻土深度 2.0m 控制该方案采用有压重力自流引水, 生态基流下泄不受人为因素控制, 流量监测计量设施布置简单, 工程建成后运行管理方便但管槽爆破开 6

10 挖对溢洪道结构和引渠岸坡稳定安全将会产生一定的影响, 工程投资较高, 施工工期相对较长 (2) 方案二 : 虹吸式进水口引水方案由于虹吸式进水口采用真空原理进行引水, 结构布置简单, 无需水机主阀和快速闸门, 工程投资省, 操作方便但根据水电站引水渠道及前池设计规范 (DL/T ) 虹吸式进水口结构布置要求, 虹吸管喉道断面底部高程在前池正常水位以上的超高值为 0.1~0.2m 并经虹吸管喉道断面顶点处最大负压值计算, 当地 3200m 海拔条件下, 其允许最大负压为 6.9m, 考虑吸水管水头损失及适当的安全裕量, 虹吸管最大吸水高度不应大于 5.5m, 小于水库水位最大变幅 10m 因此, 本工程无法利用虹吸式进水口引水方案向下游泄放生态基流 (3) 方案三 : 加压引水方案该方案引水管线布置方式基本同方案一由于方案一引水管线起始段布置高程较低, 管槽开挖施工对溢洪道闸室和引渠岸坡稳定安全产生一定的影响为此, 在取水口首部采用加压泵站引水, 在满足向下游泄放生态基流的同时, 尽量抬高引水管线起始段布置高程该方案引水管道管槽开挖爆破施工对现有建筑物和岸坡的稳定安全影响较小, 工程运行管理灵活方便但工程投资和运行成本高, 施工工期较长经上述综合分析比较, 本次设计生态基流泄放设施的布置推荐方案一, 即自流引水方案 7

11 4 推荐方案建筑物设计 4.1 工程布置本工程生态基流泄放设施布置于坝肩右岸, 采用自流引水布置方案, 最小引水流量为 4.5m 3 /s( 满足不小于 4.12m 3 /s 生态基流下泄要求 ) 引水管线自取水口沿溢洪道右侧边墩及泄槽右侧边墙外侧布设至溢洪道挑流鼻坎, 再折转沿溢洪道鼻坎下游侧布设至溢洪道出口左侧, 再沿岸坡布设至右岸坝脚附近, 管道出口消能措施采用锥形阀工程主要由进口引渠段压力引水钢管及出口消能锥形阀等进口引渠布置于溢洪道进口前沿引渠平台 ( 高程 m), 引渠段长为 111.7m, 采用梯形断面, 渠底宽 3.0m, 渠底高程 m 引渠末端接压力引水钢管进水口, 压力引水管线长 383m, 采用沟埋式钢管, 管径 DN700 管道工作压力按 1.5Mpa 考虑, 并于沿线管道转弯和地形条件变化处设置镇墩引水管道出口高程 m, 管道进出口水头落差 101.5~112.7m, 出口消能采用消能阀, 以达到稳定流态消减一定富余水头, 尽量避免对大坝坝脚及下游河道冲刷影响 4.2 水力学计算生态放水管管径 DN700, 泄流能力按水力学计算手册 ( 中国水利水电出版社, 第二版 ) 计算, 计算公式 : Q w 2g( T0 H p ) 1 w 2 1 2gl w i 2 wi Ci Ri wi 2 8

12 式中 :μ 流量系数 ; ζi 某一局部能量损失系数, 与之相应的流速所在断面面积为 ω i ( 指根号内第二项中的 ω i ); l i 隧洞某一段的长度, 与之相应的断面面积水力半径和舍齐系数分别为 ω i ( 指根号内第三项中的 ω i )R i 和 C i ; ω 隧洞出口断面面积 ; m2 ; T 0 上游水面与隧洞出口底板高程差 ; H p 隧洞出口断面水流的平均单位势能, 自由出流时,Hp=a (a 为出口断面洞高, 本工程取放水管管径 ) 经计算, 最低运行水位 m 工况下, 下泄流量为 4.27m 3 /s, 满足本工程环境影响报告书批复意见连续下泄不小于 4.12 立方米 / 秒的生态基流的要求水库不同水位与管道泄量关系曲线见图水位流量关系曲线流量 (m 3 /s) 水位 (m) 图 4.2 水库不同水位与管道泄量关系曲线 9

13 4.3 管道设计生态放水管长为 383m, 采用地埋管道布置方式, 管材采用钢管, 管径 0.7m, 管道壁厚 10mm 管道出口处高程为 m, 对应最大水头为 112.7m 管道结构计算 (1) 钢管管壁厚度计算按明管设计对钢管管壁厚度计算, 钢材选用 Q345C, 焊接系数采用 0.9, 钢管厚度按锅炉公式计算 : 100H 设 D 2 (2) 钢管稳定性验算钢管壁厚除满足应力要求外, 还应满足弹性稳定要求钢管在运输施工安装中可能会受到冲击震动而变形为了使钢管在上述情况下不丧失稳定, 要求具有一个最小厚度, 可按下式验算 : δ D 130 其中 : δ 钢管管壁计算厚度,mm; D 钢管内半径,mm; 根据以上计算的钢管厚度, 还应再加 4mm 的锈蚀和磨损裕量, 同时参照钢板的规格, 最后选定管壁的厚度根据计算结果和工程安全经验, 最终确定管壁厚度 10mm (3) 管道防腐设计 10

14 由于本工程引水管道按地埋管道布置, 钢管内防腐采用喷锌加饮用水防腐涂料, 管道临时外防腐 ( 外包混凝土段 ) 采用苛性钠水泥浆管道纵横断面设计生态放水管道从进口引渠接口开始到出口消能阀, 钢管全程采用地埋式, 管床基础坐落在岩石上管道在溢洪道闸室控制段以前 ( 含闸室控制段 ) 管槽全部采用 C20F200 混凝土回填, 其后段管槽采用石渣回填, 管顶以上填土厚度不小于 2.0m( 按不小于工程区冻土深度控制 ) 在管道的平面和立面转弯处设置镇墩, 镇墩尺寸由计算确定, 应满足地基承载力要求, 镇墩采用 C20F200 混凝土浇注 5 监测监控设施及运行管理 5.1 监测 ( 控 ) 设施为加强对生态基流流量的监测监管, 设置专门的生态基流下泄管理部门及在线监测系统和监控中心, 并配备必要的流量计量及监测设施建立政府行政层面的在线监测平台, 由青海省海北州和门源县两级政府牵头组建生态流量监测在线管理平台, 对生态流量的下泄实施行政干预, 确保生态流量的足量下泄本方案的监测 ( 控 ) 设施采用安全可靠准确度高的流量计量视频监控传输设备等, 并保障全天候全方位全覆盖实时监控在生态放水管进口段设置电磁流量计和监控摄像头, 在纳子峡水电项目部管理楼一楼中控室建立数据处理及数据上传监测监控控制平台 5.2 监测设备在生态放水管进口段安装一套多声路超声波流量计, 并设置全景高 11

15 清摄像头视频监控设备, 其设备及装置满足电信网络实时上传及 APP 发射功能的要求, 同时满足海北州和门源县两级政府生态流量在线监测平台相接的要求, 达到实时监控, 确保生态流量的足额下泄 5.3 运行管理青海黄河中型水电开发有限责任公司纳子峡水电项目部负责生态基流下泄设施及监控系统的运行维护管理 (1) 供电电源应采用专用电源和不间断电源系统接地电阻应符合电气设备接地要求 (2) 每年应对监测自动化系统进行 1 次检查和维护 (3) 所有原始实测数据应全部存入数据库 (4) 每 3 个月应对监测数据进行不少于 1 次备份 6 工程投资依据青海省水利工程设计概 ( 估 ) 算编制规定 ( 青水建 [2009] 28 号文 ), 按 2017 年第二季度价格水平, 经估算工程总投资 490 万元 12

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核 定 : 张文华 审 查 : 吕生玺 校 核 : 王振强 编写 : 闻晓莉冯龙龙刘有亮

核定 : 张文华审查 : 吕生玺校核 : 王振强编写 : 闻晓莉冯龙龙刘有亮