水利电站工程枢纽设置的方案比选

水利电站工程枢纽设置的方案比选

季爱建郭建军

季爱建郭建军

（浙江省正邦水电建设有限公司310051）

摘要：本文针对水利电站工程枢纽设置方案进行探讨，结合笔者相关工作经验进行总结归纳，为工程技术人员方案选择提供参考建议。

关键词：水电电站；工程枢纽；方案比选

1工程概况

本文以某水电枢纽工程建设方案设计为研究对象，该工程主要用于水利发电，兼并航运和灌溉等功能。水利工程库容为2950万m3，正常水位为26.5m，工程设置航道长32km，灌溉面积1.74万亩。水利发电点机容量为48MW，平均发电量达2.42亿kW?h。

2工程布设要求

该工程主要由拦河闸坝、船闸、灌溉引水闸等构筑物建筑而成。其中，拦河闸坝为敞开式，并与河床水流方向垂直。拦河闸坝与电厂和船闸相邻，经水利计算可知，拦河闸坝共需设置19个宽度为14m的过水孔，墩顶高程为33.5m，闸室全长为17m，闸坝顶部设置桥面供车辆通行，桥宽5m。溢流堰为底流式消能，其后设置消力池。

水电站设置于河床岸边，厂房由主、副厂房、员工生活和管理用房等构成。主厂房内设有4台发电机组，每台容量为12MW，安装间与主厂房相邻，副厂房设置于主厂房下游位置，水电站内还设有110kV变电站和综合办公楼等结构。

船闸位于原河床主航道，全长120m，宽为34m，其中有效宽度为16m，门闸上游水深2.5m，下游为3.5m。两岸以土坝连接，具体坝长以枢纽实际布局而定，宽度设为5m，顶部高程为33.5m，选用干砌石进行护坡处理。

3坝轴线的选择

以上一阶段推荐的坝轴线为上坝线，在该轴线下游120m处拟定一条轴线为下坝线，对两条坝轴线进行枢纽布置及技术经济比较。

3.1方案布置

根据地形、水力条件、施工条件及运行管理条件，选取上坝线枢纽布置代表方案为：船闸位于东江河道的右岸侧，电站厂房位于左岸侧，船闸与厂房之间布置19孔闸坝。由于上、下坝线相距只有120m，其地形、水力条件、通航条件、施工条件、运行管理条件两坝线基本相同，选取下坝线枢纽布置的代表方案为：船闸位于东江河道的右岸侧，电站厂房位于左岸侧，闸坝布置同上。

3.2坝轴线比较

1）地形条件比较

上下坝线所在位置均为河谷地貌，由山体形成“V”型地形。上下坝线左侧均有一山体，下坝线左侧阶地尖灭，河床紧接山体，河床较窄，不利枢纽建筑物布置。而上坝线左侧阶地较宽，河岸距山体较远，河床相对较宽，有利于枢纽建筑物布置，且无山坡滑移、坍塌的风险。故上坝线优于下坝线。

2）地质条件比较

上下坝线的坝基础，可选用下伏砂砾石层作为持力层，上坝线砂砾石层沿轴线分布比较均匀，厚度变化小，加固处理质量易于控制，下坝线砂砾石层沿轴线变化较大，加固处理施工质量较难控制。砂砾石层的埋置深度，两坝线相差不大，从砂砾石层加固处理，施工质量的控制角度而言，选择上坝线为好。

3）通航条件比较

上下坝线都将船闸布置在河床右岸，与现有主航道一致，从地形、地势以及船闸出口水流条件比较相差不大。

4）施工条件比较

下坝线，左岸阶地尖灭，河岸紧接山体，左坝头距山后大河村仅100余米，施工期对村民干扰较大；生产、生活设施不便就近布置；上坝线，上游有较宽的阶地，生产、生活设施可就近布置于阶地上，左坝头距山后大河村相对较远些，施工期对村民干扰相对较小。其它施工条件两坝线相差不大。因此，施工条件亦以上坝线为优。

5）电能指标比较

由于两条坝轴线距离仅120m，上、下坝线的坝下水位差别不大，因此，两坝线发电能指标相差不大。

6）水力条件比较

枢纽河段较顺直，闸坝布置于河床的中间，闸坝泄洪时流态较好，两坝线无明显的差别；船闸不论布置于左侧或右侧，均可处于河床的深弘线上，且上下游引航道都较顺直；厂房不论布置于左侧或右侧，进水和尾水水流亦较顺直，上下坝线差别不大。

7）工程投资比较

方案一和方案二机电设备相差不大，机电投资基本相同，仅在土建方面投资有差异。方案一将坝分为上下两部分，上坝土石方开挖量为60.8万m3，回填量为32.8万m3，土建投资1.62亿元；下坝土石方开挖量为64.6万m3，回填量为37.7万m3，投资金额为1.65亿元。对比上坝和下坝施工投资金额可知，上坝比下坝节省0.03亿元，因此，从资金角度来看，上坝施工方案最佳。

4枢纽布置方案比选

4.1方案拟定

根据选定的坝轴线，研究枢纽布置的最优方案。

方案一：电站厂房布置在东江河道的左岸侧，船闸布置在右岸侧，厂房与船闸之间布置19孔闸坝。

方案二：电站厂房布置在东江河道的右岸侧，船闸布置在左岸侧，厂房与船闸之间布置19孔闸坝。

4.2方案比较

1）地形地质条件比较

由于两方案在同一坝线上，其地形条件完全相同。坝基坐落在第四系地层上，河床覆盖层厚约10～15.5m，粉细砂、中粗砂、含砾粗砂、砂砾石层自上而下分布至基岩面。左岸厂房处基岩为强风化砂岩，厂房基础可置于基岩上。如右岸布置厂房，厂房处基岩为强风化砂岩，埋藏深度约在4.7～-9.25m高程，其岩芯非常破碎，岩质很软，作为厂房基础的持力层，需作处理。故方案一优于方案二。

2）通航条件比较

东江现主航道在上坝线断面处是靠河道的右岸侧，船闸也要布置在右岸侧才能与主航道一致，满足通航要求；若将船闸布置在左岸侧，沥口河出口水流直接冲击下游引航道，干扰船只出入。因此方案一占优。

3）施工条件比较

厂房布置左岸，河床比较平缓，上游滩地较多，有利临时设施布置，而且料场在左岸，取料方便。如厂房放在右岸，施工场地布置比较窄，取料也不方便，故方案一显优。

4）水力条件比较

由于坝线上游河段河床宽度变化不大，且无弯道，水流顺直，故两方案水力条件相差不大。

5）电站投产时间比较

两方案工程量相差不大，施工难度无异，工期安排可相同，电站投产时间无差异。

7）造价比较

方案一施工工程量及投资如上述内容，而方案二中土石方开挖量为70.7万m3，回填量为36.9万m3，同时，方案二中基础加固费用也较方案一有所增加，从施工花费及加固费用而言，方案二较方案一造价增加0.02亿元。

从施工地形、水利和电能等条件来看，方案一和方案二在施工技术上均可达标，无显现差异。但就地质和通航条件而言，方案一施工明显较方案二简洁方便，且工程投资也少。方案二中将变电站设于岸右，不便于电力系统架设，需要跨河设置输电线路，增加工程造价。因此，从经济、施工、电力等角度综合分析，方案一由于方案二，推荐选用方案一。

5推荐的枢纽布置

经过以上坝轴线、枢纽布置方案的比选，本工程最终推荐的枢纽布置方案：

拦河闸以交通桥面中心线为坝轴线，左端与电站厂房相接，右端与船闸上闸首相接，两端分别用导水墙和导航墙分隔。水电站厂房布置于河床左岸，其左端为安装间，副厂房位于主厂房下游侧的尾水流道上，升压站位于安装间下游的河岸上，上游布置厂区管理楼。船闸布置在右岸主航道位置，闸室布置在坝轴线下游，其轴线与闸坝轴线相垂直，上、下游设导航建筑物。左岸土坝长98.6m，右岸土坝长63.1m，坝顶高程33.5m，分别与厂房、船闸相接。灌溉进水闸布置在右岸上游引航道岸边堤内坡脚，闸底板高程24.2m。引水涵管长110.5m，采用埋管方式，直径为1.8m，引水明渠穿枢纽段长561.6m，采用梯形断面，底宽为1.5m，边坡比均为1.5。

6结论

综上所述，水利电站施工与人民日常生活紧密联系，为保证居民用电生活的正常进行，不同地区水利电站枢纽工程建设特征存在差异，而施工方案设置也各不相同。因此，应综合项目施工所在地地质、地理、航运、水利条件等，设计不同施工方案，比较方案造价、发电量、施工量等选择最佳方案进行施工建设。