厄瓜多尔CCS水电站调蓄水库清淤报告中文版.docx

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厄瓜多尔CCS水电站调蓄水库清淤报告中文版

调蓄水库清淤报告

1.前言

CocaCodoSinclair（简称CCS）水电站为径流式电站，位于南美洲厄瓜多尔国北部Napo省与Sucumbios省交界处、亚马逊河水系Coca河流域，电站总装机容量1500MW，安装8台冲击式水轮机组。

主要建筑物包括首部枢纽、输水隧洞、调蓄水库、压力管道和地下厂房等。

调蓄水库位于Coca河右岸支流Granadillas溪上，坝址以上控制流域面积7.2km2，多年平均径流量0.99m3/s。

调蓄水库由面板堆石坝、溢洪道、导流兼放空洞组成。

首部枢纽的引水通过输水隧洞进入调蓄水库，输水隧洞出口位于库区左岸接近库尾，压力管道进口塔架位于库区右岸，与放空洞塔架并排布置。

水库正常蓄水位1229.50m，死水位1216.00m。

按照电站运行要求，调蓄水库为日调节水库，调节库容88万m3，在输水隧洞按设计引水流量222m3/s输水入调蓄水库时，调蓄水库水位每日在4小时内由1229.50m降到1216.00m，15小时水位基本维持在1216.00m附近，5小时内水位由1216.00m升至1229.50m。

由于1229.50m至1216.00m之间的天然库容只有50.7万m3，其余部分调节库容需要靠开挖获得。

水库最高洪水位按输水隧洞设计引水流量222m3/s持续20分钟，同时遇调蓄水库区间两年一遇洪峰流量24m3/s调洪而得，相应水位1231.85m。

面板堆石坝位于Granadillas溪，坝顶高程1233.50m，坝顶长度135.00m，坝顶宽度10.00m，最大坝高58.00m。

上游坝坡1:

1.4，下游坝坡1:

1.8，高程1210m处设3m宽马道。

溢洪道位于左岸，顶高程1233.50m，设2个开敞式表孔，单孔净宽17.00m，堰顶高程1229.50m。

下游泄槽纵坡0.17，采用底流消能，消力池池深1.60m，池长23.00m。

泄水进入losGallos溪。

放空洞位于右岸，为压力洞，洞长329.58m。

进口底板高程1198.00m，设有检修门和事故门，孔口尺寸均为3.00m×3.00m（宽×高）。

洞身直径3m，纵坡0.0304。

出口闸室底板高程1188.00m，设一扇弧形工作门，孔口尺寸2.20m×2.80m（宽×高），采用挑流消能。

放空洞前期兼导流洞，后期仅作水库放空之用，设计流量12m3/s。

压力管道进口位于放空洞左侧，两孔并排布置，进口底板高程1204.50m，设有拦污栅、检修门和事故门，闸门孔口尺寸5.80m×5.80m。

由于调蓄水库死库容较小，约28.6万m3，水库运行后不到两年就会淤满，为保证机组正常发电运行，必须采取有效措施保证压力管道进口前的淤积不影响发电。

2.泥沙分析

入调蓄水库泥沙包含Granadillas流域天然来沙及输水隧洞引沙两部分，其中河道天然年均来沙量3.46万t，占总沙量的2.4%；输水隧洞年均引沙量143.4万t，占总沙量的97.6%。

则多年平均入库总沙量为146.86万t，约122.1万m3，其中悬移质121.9万m3，推移质仅0.2万m3。

悬移质颗粒中数粒径为0.08mm，最大粒径2mm，粒径0.01mm～0.25mm的颗粒占96%，其泥沙颗粒级配见表2.1。

表2.1泥沙级配表

粒径（mm）

0.01

0.04

0.07

0.1

0.25

0.5

小于某粒径沙重百分数（%）

4.4

18.6

42.5

66

99.9

100

备注：

淤沙容重1.2t/m3。

根据水库壅水排沙和敞泄排沙关系进行调蓄水库冲淤计算，结果表明，调蓄水库年均淤积量约15.4万m3，各月平均淤积量见表2.2。

为满足电站完全调峰的要求，不影响调蓄库容正常发挥作用，需要每年进行水库清淤。

表2.2调蓄水库各月平均淤积量

月份

一月

二月

三月

四月

五月

六月

淤积量（万m3）

0.78

0.84

1.16

1.33

1.68

2.02

月份

七月

八月

九月

十月

十一月

十二月

淤积量（万m3）

2.23

1.64

1.22

0.92

0.79

0.76

3．清淤方式选择

根据调蓄水库区基本设计阶段建筑物布置和环境保护要求，该区域不适宜采用水力排沙设施（洞）排沙。

为保证压力管道进口前形成较稳定的排沙漏斗以保证电站正常发电，宜采用机械清淤方式，目前采用清淤设备定时清淤的方案。

4．清淤方案

4.1清淤时段选择

按照电站运行要求，在输水隧洞按设计引水流量222m3/s入调蓄水库时，水位日变幅为0m～13.5m，日水位变幅见表4.1。

为保证水库清淤时水位基本稳定，清淤时间按不大于15h/d考虑，清淤水位为1216.0m，清淤时段见表4.1。

清淤水位1216.0m，清淤水深约14m。

表4.1水库水位变幅及清淤时段表

水位变化

时间（h）

水库水位（m）

水位变幅（m）

清淤时段（h）

清淤水深（m）

4

1229.5～1216.0

0～13.5

非清淤时段

15

1216.0

0

常清淤时段

14.0

5

1216.0～1229.5

0～13.5

非清淤时段

4.2清淤设备选型

机械清淤一般分为挖泥船（链斗式、挖（抓）斗式、绞吸式）清淤、泵式（射吸式、潜水泥泵式、气力泵式）清淤和虹吸式清淤。

其中挖泥船在挖掘过程中泥沙流失量大，水体污染较重，设备笨重，挖深有限，不适宜小型深水水库清淤。

小型深水水库的清淤设备主要采用潜水渣浆泵式、射吸式、虹吸式、气力泵式清淤船。

4.2.1清淤船型式的比较选择

（1）射吸式清淤船

射吸式清淤船是机械式清淤与水力式清淤船的组合。

运用打水泵对沙层进行喷射，使沙与水融为沙浆，再利用浮船上的抽沙泵将一定浓度的沙浆通过吸头和输浆管道抽排至坝外指定位置。

射吸式清淤船船体结构为分体-拼装式，运输方便，可以在水边现场陆地拆卸和拼装。

清淤水深，排浆浓度10%～30%。

（2）潜水渣浆泵清淤船

潜水泥泵清淤船是新型搅吸两用抽沙清淤设备。

潜水渣浆泵的抽沙过程是将泵潜在水下沙层，采用搅吸式抽沙模式。

泵体下端的搅拌叶轮旋转形成向下的水流冲击、搅拌沙层，主叶轮通过进沙口将搅起的沙水混合物（沙浆）吸入泵体，同时通过联接到泵体出口的胶管将抽取的沙浆汇集到输送用的主管道，再通过主管道将沙浆输送到坝外指定位置。

该设备主要由主机、浮船（平台）、管路和辅助设备组成。

主机采用LQ两相流潜水渣浆泵，浮船由-浮箱、连接梁架、操作平台等组成，用于承载主机、控制柜、升降机等设备。

浮船为分体-拼装式，运输方便。

每条船可安装2～4台LQ泵（正常工作开1～3台，1台备用），各个LQ泵可以并联组合使用，也可以任意多台LQ泵组合或单独使用。

清淤时船体移动灵活。

清淤水深，排浆浓度平均30%，最大浓度65%。

（3）虹吸式清淤船

虹吸式清淤船系利用水库水位和输泥管出口间之水头差为动力所产生之管流，通过由操作船、吸头、管道、联接建筑物等组成的虹吸清淤装置进行清淤。

虹吸清淤具有耗能低的优点。

但其有效清淤区域则受到大坝上下游水位落差大所限制。

随着输泥管道长度增加，水头损失相应增大，排泥效率随之降低。

排浆浓10%~20%。

（4）气力泵清淤船

由工作船将气力泵沉置于淤泥面上，以压缩空气为动力将库底泥浆分股压入泵体内，再采用气力喷射泵扬起通过输泥管输送至预定位置。

气力泵清淤适宜于深水作业，但其能量利用率很低,。

排浆浓10%~30%。

根据水库清淤的条件，结合上述清淤设备的工作原理及优缺点，初步拟选潜水渣浆泵清淤船。

4.2.2清淤船选型

根据年淤积量15.4万m3和清淤船挖沙效率确定设备选型。

根据清淤能力，选择1艘潜水渣浆泵清淤船，船上安装3台LQ泵（正常工作开1～2台，1台备用），每个LQ泵可以并联组合使用，也可以单独使用。

船体结构为分体-拼装式，既方便现场拆卸、拼装，又能抵御风浪安全运行。

且渣浆泵清淤船清淤时对水体扰动相对较小，因此考虑清淤时不影响发电。

清淤船技术参数为：

船长×船宽=12m×7m；

输送距离1500m；

55kw控制柜2台；

2.2KW电机、减速器及卷扬机各2套；

LQ150-480潜水渣浆泵3台，其技术指标详见表4.2。

表4.2潜水渣浆泵技术指标表

泵型

流量

Q（m3/h）

扬程

H（m）

转速

N（rpm）

电机功率

Ng（kw）

最大输送质

量Rm（t/m3）

LQ150-480

300

35

980

55

1.5

LH200-630

1000

50

980

250

1.5

1台泵排浆量为300m3/h；

沙水混合物中沙的平均含量30％（最大浓度65%）；

每天工作时间8小时；

每月工作25天；

1台泵清淤能力为：

300×30％×8×25=1.8万m3/月；

1台泵耗费水量为：

300×70％×8×25=4.2万m3/月；

每台船上配置3台泵，其中1台备用。

清淤船的效率为1.8～3.6万m3/月。

为满足水上交通运输，需要配置一艘交通船。

4.3泥浆处理方案

结合本工程实际，清淤船抽出的泥浆排放和堆积主要有沉沙池集中沉淀清理方案、就近直接排泄坝下游河道方案、绕行远排至COCA河方案。

通过对各方案的技术经济比较，选用方案2即泥浆就近直接排入调蓄水库坝下游河道方案。

详细比较见表4.3。

表4.3泥浆处理方案比较表

序号

比较内容

方案1（沉沙池集中沉沙处理）

方案2（就近排泄坝下河道）

方案3（远排至COCA河）

1

技术方案

在溢洪道左侧布置沉沙池，泥沙由管道输送至沉淀池，待其沉淀后，采用挖掘机配自卸汽车将沉淀后的泥沙运至渣场。

泥浆通过输浆管道翻过坝顶后直接排泄至下游河道。

泥浆通过输浆管道翻过坝顶后，沿下游河道敷设的管道直接排泄COCA河。

2

管道长度及土建工程量

管道长870m，石方开挖15000m3，混凝土1280m3。

敷设管道长900m。

敷设管道长3400m。

3

对环境影响

需要在溢洪道左岸开挖长*宽*深=70*25*4.5沉沙池。

每年需要堆存15.4万m3的渣，总渣场容量770万m3。

沉沙池开挖减少库区植被，渣场占地面积大，对环境影响较大。

调蓄水库下游河道平均流量0.99m3/s，天然含沙量0.92kg/m3。

清淤排泄河道的泥浆流量为0.17m3/s，平均含沙量360kg/m3。

河道陡，且排泄泥沙均为粉细粒，不会对下游河道造成淤积，影响河道过流能力。

COCA河平均流量326m3/s。

清淤排泄流量与COCA河天然流量相比很小，对下游河道几乎无影响。

长输浆管道敷设管理需要征地，若采用沉管时无需征地。

4

运行管理及运行费

沉淀池内沉积的泥沙需要定期进行清理，并运输至指定的弃渣场，运行管理复杂，且运行费用高。

运行管理方便，运行费低。

运行管理方便，但是输浆管道长，需要进行管道维护管理，运行费较高。

5

综合分析

泥沙需要沉淀处理，土建及运行费高，另外，弃渣场需要征地。

泥沙浆直接排入下游河道，无需对泥沙进行沉淀、固化处理，节省泥沙处理及弃渣场防护等费用，运行费低。

泥沙浆直接排入COCA河道，对下游河道无影响，节省泥沙处理及弃渣场防护等费用。

但由于输浆管道长达3400m，需增加中间接力泵。

运行费较方案2高。

4.4总体布置

水库清淤总体布置包括作业区域及清淤船布置、输沙管道敷设等。

（1）清淤船位选择

从库区泥沙淤积形态、坝前断面淤积高程分析，泥沙淤积主要集中在坝前350m范围内，坝前至压力管道进口断面河床为水平淤积，压力管道进口断面至输水隧洞消力池出口断面河床淤积比降约0.5‰，水库淤积纵剖面见图4.1