居龙潭水电厂尾水河段疏浚清淤技术改造工程及效益

          1 工程概况
居龙滩水电站位于江西省赣县赣江水系贡江支流桃江下游，为桃江八级开发中最末一级工程，为径流式日调节电站。坝址距赣州市赣县县城23km，是一座以发电为主，兼有水库养殖，改善航运等综合效益的中型水利枢纽工程。坝址以上控制流域面积7739km2，多年平均径流量为62.76亿m3，多年平均流量199 m3/s。水库校核洪水位122.42m，总库容为0.736亿m3，为日调节水库。电站装机容量2×30MW，年均发电量1.973亿KW·h，年利用小时3288h。
枢纽工程拦河大坝为混凝土闸坝，自右至左依次为右岸非溢流坝段、河床式厂房、溢流坝段及左岸非溢流坝段等建筑物。坝顶高程124.30m，坝轴线全长258.20m，最大坝高28.9m。
右岸非溢流坝段长43.50m，最大坝高21.40m。
厂房主机间坝段、安装间坝段分别长38.68m和28.00m，建主机间坝段进水口底板高程87.25m，宽21.80m，布置2台灯泡贯流式机组；尾水段前部为尾水管，后部布置尾水闸墩。右侧安装间坝段顺水流方向分为挡水段、安装间段和副厂房段。进水口底板与上游河床地面采用1：2的边坡连接，形成引水渠；尾水出口与河床采用1：3的斜坡连接，形成一长约38m的尾水渠。
溢流坝布置于河床中左侧，设8个溢流表孔，单孔净宽10m，全长108m，闸室顺水流方向长度为26.28m，溢流堰为WES型实用堰。溢流坝工作闸门采用弧形门，尺寸为10.0m×14.71m（宽×高），弧形闸门上游设置叠梁式检修闸门一道。溢流堰下游设置综合式消力池，采用底流消能方式泄流；消力池底板顶高程102.20m，全长28m。消力池末端设置T形墩和差动式尾坎，末端采用干砌石海漫与原河床相接。
左岸非溢流坝段最大坝高为24.3m。
居龙潭水电厂于2007年建成发电，下游尾水河床设计考虑原覆盖层较厚，且下游围堰拆除后无干地作业条件等因素，未对尾水河床基岩进行开挖，其高程为102.50--103.50米，围堰拆除时进行局部开凿后已满足设计尾水河床底面高程103.00米的要求。
经过运行检验各项指标基本能达到设计要求，但尾水流出厂坝导墙后水流较急，根据负荷的不同形成了100到250毫米的跌水，且在较小负荷发电时下游300到500米河段还有100到200毫米的跌水，鉴于此拟利用枯水期停机间隙经过一定量的凿岩疏浚改造后可以改善尾水的出流条件，降低尾水运行水位，增加发电效益。
2 方案比选
根据测量成果特提出以下三种疏浚改造方案：
方案一：将尾水出口段100米范围内基岩面挖至102.20米，进行简单疏浚，岩石开挖量约160m3，测量和施工费用约5.2万元，非弃水期间可降低发电尾水运行水位60--100毫米，多年平均发电量增加约102万千瓦时，按目前电价估算每年可增加发电产值约43万元。
方案二：将尾水出口段100米范围内基岩面挖至102.00米，消力池下游堆积物清挖至102.00米，岩石开挖量约400m3，滩地堆积物清挖量约7000m3，测量和施工费用约31万元，非弃水期间可降低发电尾水运行水位120--220毫米，多年平均发电量增加约200万千瓦时，按目前电价每年可增加发电产值约84万元。
方案三：将尾水出口段100米范围内基岩面挖至102.00米，消力池下游堆积物清挖至102.00米，下游300到500米河段基岩面挖至102.00米，岩石总开挖量约5760m3，堆积物清挖量约7000m3，测量和施工费用约138.2万元，非弃水期间单机运行时可降低发电尾水运行水位160-260毫米，多年平均发电量较方案二增加约22万千瓦时，按目前电价每年可增加发电产值约93万元。
方案二和方案三的堆积物清挖后因受泄洪影响，河床沉积物受水流的冲刷推移在泄洪后可能会重新形成堆积体，当堆积体堆量对出流产生影响时应及时清挖。
方案一工程量小，投入少，发电效益较大，但未完全利用河道疏浚的发电效益；方案三充分利用了近河道疏浚的发电效益，但下游河段的岩石开挖工程量大，造价增加较大，较方案二增加的效益不大；方案二基本可以全部发挥疏浚清淤的发电效益，且投入较小，发电效益可观。经比较建议采用方案二对尾水河道进行疏浚改造，通过改造，在来水量不变的状况下约为居龙潭水电厂增加百分之一的发电量。
3 工程施工
2011年12月落实技术方案 ，完善施工组织措施。2012年1月工程正式开工。因为本电站为径流式电站，没有连续施工作业的条件，滩地堆积物水下部分清挖及尾水出口段基岩面凿岩和清渣只能利用停机间歇期间进行施工。滩地堆积物清挖采用自卸汽车配合反铲挖运；尾水出口段基岩面利用停机间歇采用大型反铲冲击锤水下凿岩，大型反铲接力清渣。同年3月中旬完成全部挖运工作，共完成水下凿岩400m3，堆积物清挖8500m3。工程总造价为32.5万元。
4 工程效益
4.1 发电效益
在疏浚清淤工程实施的前后，居龙潭水电厂针对不同的上游水位和机组出力，人工量测记录了各种工况下的下游尾水出口水位共26组（特征值见附表），并与下游自记水位曲线进行了比对，因自记水位计设在尾水渠末端，自记水位差比人工测量水位差略小。但人工量测比对的尾水水位在尾水出口，其疏浚清淤前后机组相同运行工况的尾水位差更真实。从实际比对的疏浚清淤前后的尾水水位差来看，实际效果要比预想的更好，疏浚清淤后相同机组运行工况时尾水水位实际降低了150-250毫米，年平均发电量增加220万千瓦时，每年可增加发电产值92万元，为电厂获得了可观的经济效益。
4.2 防洪效益
由于尾水疏浚清淤工程的实施，大坝下游河道在清淤范围内阻碍行洪的堆积物得以清除，降低了河底高程，使得该河段行洪顺畅，行洪能力得到了进一步提高。另外，由于堆积物的清除，使得尾水行洪较原来平顺很多，下游波浪大大减小，下游河岸以前每年都要被冲坏的右岸浆砌石护坡再也没有被浪涛淘刷损坏，疏浚清淤工程在增加发电效益的同时也为电厂节约了水工建筑物的维护费用。
参考文献
[1]居龙潭水电厂设计初步报告[R].江西省水利水电勘测设计研究院 2002年12月
[2]居龙潭水电站尾水疏浚清淤工程可行性分证报告[R]居龙潭水电厂 2012年6月
[3]居龙潭水电站尾水清淤工程效能监察报告[R]江西赣能股份有限公司 2013年2月