南涧水电站坝区枢纽设计要点探究

南涧水电站坝区枢纽设计要点探究

程公辉

中国葛洲坝集团国际工程有限公司100025

摘要：本文对南涧水电站坝区枢纽设计要点进行了分析探讨，主要建筑物有：大坝、溢洪道、发电引水系统、电站厂房和开关站等，以抛砖引玉，与同行共勉。

关键词：南涧水电站；坝区；枢纽设计

1工程概况

南涧1号水电站位于老挝中部的南涧河上游河段，工程区地处XiengKhouang高原南部斜坡一带，地势北高南低，坝址区高程一般900m～1300m，往南至厂址一带，高程渐降至500m～450m。南涧河是NamNgiep河的一条支流，南北流向，发电厂房位于南涧河左岸，地处峡谷地形过渡为冲积平原的交接地带，电站毛水头约600m。电站采用引水式开发，水电站总库容27.73×106m3，电站总装机104MW。

2南涧水电站坝区枢纽设计总方案

老挝南涧1号水电站工程是一座以发电为主的水电枢纽，主要建筑物由南库粘土心墙堆石坝、南库溢洪道、北库泄洪冲砂闸坝、南北库连通洞、发电引水系统、厂房及开关站等组成。

2.1设计依据、工程等别及建筑物安全等级

水电站总库容27.73×106m3，电站总装机104MW。南库挡水坝、北库泄洪冲沙闸坝、连通明渠的安全级别为2级。发电引水系统和电站厂房为3级建筑物，其次要建筑物为4级建筑物。

2.2洪水标准

对于2级建筑物的拦河坝、泄洪冲砂闸坝、连通洞，按5000年一遇洪水校核，500年一遇洪水设计，消能防冲建筑物按50年一遇洪水标准设计，对于3级建筑物的发电厂房，按50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

3南涧水电站坝区枢纽总布置

3.1开发方案选择

3.1.1方案拟定

拟定有水库调节开发方案及径流式开发方案如下：

1）有调节水库开发方案

有调节水库开发方案工程由南、北两库区及厂房组成，南库坝址布置于南涧河左侧支流上，坝址以上流域面积为41km2；北库坝址布置于南涧河主干流与右侧北支流汇合口上游约1.5km山崖口处，坝址以上流域面积为281km2，南北库有连通洞连接，多年平均流量10.85m3/s；采用引水式开发，厂房位于南涧河下游左侧台地上，距离北库坝址约15km，厂房以上流域面积为443km2；发电引水线路（引水隧洞及压力钢管）长约11.5km。

工程建筑物主要包括南库粘土心墙堆石坝、北库混凝土重力坝（泄水闸坝+挡水重力坝）、连通洞、引水隧洞、发电厂房和开关站等。

水库正常蓄水位方案拟定范围综合考虑南、北两库区地形、地质条件，水能资源利用、水工枢纽布置及坝体工程量等因素。北库挡水坝坝址处河床高程为1025m左右，综合分析南北坝址地形地质条件、泄水建筑物布置及泄洪条件等因素，确定在北坝坝址布置泄水建筑物，根据河床宽度及泄流能力计算拟定泄水建筑物孔口尺寸为2*9.0m*15.0m（孔数*宽*高），相应于校核洪水位1062.63m，泄水建筑物可下泄该坝址校核标准（P=0.02%）流量2072m3/s。因此，初拟水库正常蓄水位不小于1060m。南、北库坝址处河川地势较陡，受成库的地形地质条件限制，坝体工程量随坝高增加增量极大；又结合水文资料及水库库容曲线分析，满足水工布置又可充分利用水能资源条件的南、北水库的正常蓄水位上限约为1080m。综合以上初步分析，本阶段初拟三个有调节水库开发方案如下：

有库开发方案Ⅰ：正常蓄水位初拟1040m，水库消落深度20m，水库死水位1020m，正常蓄水位以下库容1212万m3，死库容363万m3，调节库容849万m3，库容系数2.5%，水库具有不完全年调节性能，电站装机容量104MW。

有库开发方案Ⅱ：正常蓄水位初拟1060m，水库消落深度20m，水库死水位1040m，正常蓄水位以下库容2066万m3，死库容796万m3，调节库容1270万m3，库容系数5.9%，水库具有年调节性能，电站装机容量1040MW。

有库开发方案Ⅲ：正常蓄水位初拟1080m，水库消落深度20m，水库死水位1060m，正常蓄水位以下库容7368万m3，死库容3219万m3，调节库容4149万m3，库容系数12.1%，水库具有年调节性能，电站装机容量116MW。

2）径流式开发方案

根据当地的水文资料，复核三个径流式开发方案，为更优化径流式开发方案，在原有的三个径流式开发方案的基础上增加了一个正常蓄水位890m方案，因此，径流式共拟定有四个径流式开发方案，开发方案坝址位于南、北两支流汇合口下游，坝址以上流域面积为359km2，多年平均流量12.15m3/s；采用引水式开发，厂房与有库方案位置相同，工程建筑物主要包括挡水坝（重力坝）、引水隧洞、发电厂房和开关站等。

径流开发方案Ⅰ：正常蓄水位初拟890m，水库消落深度2m，水库死水位888m，正常蓄水位以下库容3.52万m3，调节库容1.07万m3，为无调节电站，电站装机容量76MW。

径流开发方案Ⅱ：正常蓄水位初拟910m，水库消落深度4m，水库死水位906m，正常蓄水位以下库容65.5万m3，调节库容21.7万m3，为无调节电站，电站装机容量80MW。

径流开发方案Ⅲ：正常蓄水位初拟930m，水库消落深度4m，水库死水位926m，正常蓄水位以下库容265.8万m3，调节库容50.5万m3，为无调节电站，电站装机容量82MW。

径流开发方案Ⅳ：正常蓄水位初拟940m，水库消落深度4m，水库死水位936m，正常蓄水位以下库容406.7万m3，调节库容59.3万m3，为无调节电站，电站装机容量84MW。

综上所述，本阶段共拟有调节水库方案三个、径流开发方案四个共七个方案。

3.1.2有调节水库方案与径流式开发方案比较

从发电效益来看，有库开发方案较径流式开发方案年发电量增加1.5241亿kW.h，枯水期电量差值0.6306亿kW.h，有库方案对枯水期电量及发电保证率增加明显，可见，设置调节水库方案能提高电能质量，减少弃水，提高电网的调峰能力。

从工程的枢纽布置来看，首部枢纽有库开发方案分南坝、北坝、连通洞等组成，而径流式开发方案只有一个拦水坝，径流式开发方案首部枢纽相对简单。

从工程投资分析，二个比较方案的静态总投资分别为125154万元、173299万元，方案间差值为48145万元，其中主体工程投资及水库投资相差较大，差值分别为28785万元、3202万元。

从经济指标分析，径流式开发方案与有调节水库方案单位电能投资分别为4.18元/kW?h、3.81元/kW?h，补充单位电能投资为2.84元/kW?h，远小于两个比较方案本身的单位电能投资。因此，从工程经济指标分析，有调节水库方案优于径流开发方案。

考虑到本工程水文特性雨、旱季径流极为不均，电站若具有一定的调节库容，可提高水能资源利用程度及提高电能质量，并有利于电网运行调度。因此，综合分析各方案的发电效益、枢纽布置条件、工程投资、经济指标等，本阶段选择有库开发方案Ⅱ为推荐方案，该方案正常蓄水位1060m，死水位1040m，装机容量104MW，多年平均发电量4.5153亿kW.h，调节库容1270万m3，具有不完全年调节性能。

3.2南库粘土心墙堆石坝

南库正常蓄水位1060.00m，设计洪水位1062.04m，校核洪水位1062.63m，挡水建筑物为粘土心墙堆石坝。坝顶高程坝顶高程取1064.80m，防浪强墙顶高程1066.00m，最大坝高93.00m，坝顶宽度10m，坝顶轴线长度305m。为满足施工坝料运输要求，上游坝坡布置三道“之”字形上坝公路，下游坝坡布置四道“之”字形上坝公路，公路宽10.0m，上坝公路纵向坡比为10%。同时，在上游坝坡▽1040.00m高程，下游坝坡▽1050、▽975布置各布置一条2.0m宽的马道。上游坝坡综合坡比为1：1.8。下游坝坡采取上缓下陡的布置方式，综合坡比为1：1.8。坝后坡脚及上坝公路设有排水明沟，大坝下游设量水堰。为满足大坝左岸下游坝坡稳定，下游设石渣压重。