新增生态泄流设施，促进环保效益

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：土石坝、拱坝等不宜开孔的坝体，可采用生态虹吸管泄放生态流量。生态虹吸管宜采用单一特性的圆形断面管道如图1－8，孔口过流断面尺寸可按以下公式计算确定。图1.8虹吸管布置示意图式中，i为管道编号；j为局部水头损失发生位置编号；n为靠近下游侧最末一根管道的编号。生态虹吸管的最大虹吸高度应不超过允许的最大真空度，应满足下式的要求。生态虹吸管顶部下弯起点处应设置排气和充水设施。

电站现有设施不具备改造条件，可根据枢纽工程总布置、主要建筑物结构特点和电站的运行特性等，采取以下几种方式经技术经济方案比选，新增生态泄流设施。

（1）在大坝下游建造生态电站，通过生态机组长期正常运行来满足电站生态泄流要求。

（2）如果经技术经济方案比选，不宜安装生态机组，可在坝后厂房机组进水控制阀前和尾水管之间增加旁通管，并在旁通管上安装泄流控制阀，通过调节阀门开度满足下泄生态流量。

（3）对于引水式（含混合式）电站，可采取新增泄流设施，从水库取水满足电站生态泄流需求。一般采取在坝体或岸坡坝段开凿生态泄流孔、越坝安装生态虹吸管、越坝安装人工抽水装置等形式。

①生态泄流孔。在坝体开凿生态泄流孔，布置如图1－7所示。

应在坝体开凿中孔或底孔，保持以有压流泄放生态流量。生态泄流孔进水口在布置上，宜避开泥沙、漂浮物聚集的回流区，进水口应布置在水库正常运行最低水位1.5m以下，出水口宜布置在大坝下游水位以上，保持在水库正常运行时为自由出流状态。生态泄流孔宜布置在坝体应力较小（正常运行工况）的部位，确定不会因坝体开孔降低大坝的结构安全。开凿坝体生态泄流孔，应尽量开小孔，泄流量较大的可多孔布置。

图1－7　坝体安装生态泄流管布置示意图

坝体开孔安装生态泄流管，一般适用于混凝土坝、浆砌石坝。坝体开凿生态泄流孔包括穿坝开孔、孔内安装泄水管、出口安装泄流管和泄流控制阀等工序。穿坝开孔宜采用回转式钻机钻孔（金刚石钻头），不可采用冲击式钻机，避免因开孔震动破坏坝体结构。生态泄流管与坝体开孔之间的间隙，应采用高压接缝灌浆等有效措施回填密实，避免正常运行时出现渗漏。由于缝隙较小，通常采用回填微膨胀混凝土、微膨胀砂浆等措施，如仍然不好处理，可预埋灌浆管，用高强度砂浆封堵两端孔口，然后用水泥高压灌浆回填密实。

综合考虑工作压力、防腐、防锈、安装方便以及经济性等因素，坝体生态泄水管宜采用钢管、不锈钢管等材料，圆形断面。根据布置方式和生态流量，泄水管的孔口过流断面尺寸可按以下公式计算确定。

式中，Q为水电站应下泄的最小生态流量（m3／s）；H为孔口最小作用水头，自由出流时为上游水位与出口中心高程的差（m）；L为管道计算长度（m）；n为管道粗糙系数，钢管建议取0.012；R为水力半径（m）；A为管道断面面积（m2）；ζ为局部水头损失系数；x为出流系数，自由出流时取1；D为管道内径（m）。

第一个公式适用于任何断面的管道，第二个、第三个公式只适用于圆形管道。选择布置形式，通过调整H或管道直径D，直到满足下泄生态流量要求。试算时注意，式中H应为水库正常运行时上游可能出现的最低水位时的作用水头，H取值应确保任何情况下泄流能力不小于要求的最小生态流量。

②生态虹吸管。土石坝、拱坝等不宜开孔的坝体，可采用生态虹吸管泄放生态流量。生态虹吸管利用虹吸原理，通过跨越坝体的管道和辅助设施，将坝（闸）上游水体引流无节制泄放至坝（闸）下游，适用于坝体不宜开孔且上游最低运行水位至坝顶距离较小的电站。

生态虹吸管宜采用单一特性的圆形断面管道如图1－8，孔口过流断面尺寸可按以下公式计算确定。

图1.8　虹吸管布置示意图

式中，i为管道编号；j为局部水头损失发生位置编号；n为靠近下游侧最末一根管道的编号。

建议采用单一特性的圆形断面管道，但上述公式对于非单一特性的圆形断面管道亦适用。

生态虹吸管的最大虹吸高度应不超过允许的最大真空度，应满足下式的要求。

式中，HB为最高位置的最低压力点B与上游水库水位的高程差；ZB是最高位置点B的高程。

公式已考虑高程修订，有条件的，最大虹吸高度可根据当地情况经试验决定。生态虹吸管顶部下弯起点处（最高位置、最低压力）应设置排气和充水设施。虹吸管的材料应综合考虑工作压力、防腐、防锈、安装方便以及经济性等因素，宜采用钢管、不锈钢管，所选材质应易于与阀门连接。