桂江巴江口水电站枢纽总体布置方案设计

1广西桂江巴江口水电站枢纽总体布置方案设计广西水利电力勘测设计研究院周万文摘要：本文结合桂江巴江口水电站的实际，在水电站枢纽总体布置方案设计，充分结合工程特点和具体条件，协调好永久工程与临时工程之间的关系，充分利用坝址处河中沙洲有利地形，合理考虑永临结合，围绕力求布局合理美观、工程具有良好运行条件、节省工程投资、妥善解决施工导流和施工通航、利于加快施工进度、工程能及早发挥效益等问题进行研究和比选，合理确定枢纽各建筑物布局及各专业之间的衔接关系，选定了一个布置紧凑、协调美观、具有良好运行条件、方便管理的枢纽总体布置方案，为本工程顺利实施及使工程获得更大整体效益奠定了基础。也为同类电站设计提供了可借鉴的经验。关键词：巴江口水电站总体布置设计1.工程概况桂江巴江口水电站是桂江干流综合利用规划（平乐以下河段）6个梯级中的第一个梯级，是一座以发电为主，兼顾航运及其他的综合利用工程。坝址位于桂江中游平乐县巴江村上游1.5km处，坝址以上集雨面积12621km2，多年平均流量417m3/s，多年平均径流量131.5亿m3。水库正常蓄水位97.6m，总库容2.163亿m3；电站装机容量3×30MW，多年平均发电量427.57GW.h；船闸设计一次通过能力2×100吨，为Ⅵ级船闸，设计年过坝货运量80万吨。枢纽工程属Ⅱ等工程，主要永久建筑物按二级建筑物设计，设计洪水标准为P=1%，相应洪峰流量16500m3/s，设计洪水位为96.98m，坝下水位为87.96m；校核洪水标准为P=0.1%，相应洪峰流量21700m3/s，校核洪水位为100.02m，坝下水位为92.00m。坝址岩层以砂岩为主夹页岩，地质构造简单，为倾向南西的单斜地层，无大的断裂构造通过枢纽区。工程区地震动峰值加速度0.05g，反应谱特征周期为0.35s。对应地震基本烈度低于Ⅵ度。22.工程特点及自然条件巴江口水电站是一座径流水电站，下游与已建成的昭平梯级水电站衔接；上游回水至平乐县城，库区淹没比较敏感。电站所处桂江河道是通航河道，经过坝址的航道繁忙。对外交通公路位于左岸，坝址附近无跨河交通桥，两岸交通不便。坝址段河道较平直，河谷为宽阔的U型河谷，两岸地形略显不对称，左岸坡度较缓，约25°～30°；右岸的岸坡较陡，约45°左右。坝址处枯水期河床宽约275m，河床正中有一处宽约40m～86m、长约400m的大沙洲，沙洲枯水期露出水面约3.5m～4.5m，将桂江分隔成左右河道，左河道河床底高程约70.0m，右河道河床底高程约66.5m，主河道在右侧，坝轴线从大沙洲中部通过。3.枢纽总体布置方案设计3.1厂房布置坝址对外交通公路在左岸，附近无跨河交通桥，两岸交通不便，枯水航道位于右侧主河道。从大件重件运输条件、施工通航等要求及电站提前发电等方面考虑，厂房布置在左岸。3.2船闸布置因主河道紧靠右岸，如果船闸布置右岸，则船闸紧靠主流区，且下引航道位于微弯河道的凸岸，为使下引航道口门区的流态能满足通航要求，需增加整流墩，工程投资增加。而船闸布置左岸，下游引航道远离主流区，下引航道口门区的流态相对较平稳。相对而言，船闸布置左岸比船闸布置右岸方案的通航条件优越。3.3溢流坝布置综合考虑坝址地形条件、溢流坝运行条件、库区淹没控制、施工导流布置、施工通航条件等因素，溢流闸坝布置进行了三个方案比较：即9孔方案（方案1）、10孔方案（方案2）、9孔+1孔排漂孔方案（方案3）。“方案1”设9个净宽15m的溢流表孔，堰顶高程81.6m，溢流坝总长169.4m；其中一期工程施工左三孔半，长67.9m。“方案2”设10个净宽14m的溢流表孔，堰顶高程81.6m，溢流坝总长176m；其中一期工程施3工左四孔半，长81m。“方案3”设9个净宽15m的溢流表孔，堰顶高程81.6m，另设1孔排漂孔，排漂孔净宽6m，堰顶高程91.6m。溢流坝总长178.1m；其中一期工程施工排漂孔及左三孔半溢流坝，长76.6m。三个布置方案均能满足泄洪要求，工程投资及提前发电效益差别不大。“方案1”溢流坝段总长度分别比“方案2”、“方案3”少6.6m、8.7m，溢流坝段基本可以布置在河槽内，与下游河床衔接平顺，泄流较顺畅，泄流流态较好，永久运行条件最优。三个布置方案利用一期建好的溢流坝均能满足二期导流的要求，用作一期导流的右侧主河道预留宽度“方案1”比“方案2”、“方案3”分别宽13.1m、8.7m，“方案1”一期施工导流期间通航条件较好；“方案1”一期纵向临时土石围堰基本位于沙滩上，施工较容易，可节省导流工程投资和加快围堰施工进度。“方案1”比其他两个方案少一个孔口，利于加快溢流坝施工进度。经技术经济综合比较，选定9孔方案作为溢流坝布置方案。3.4枢纽总体布置方案比较根据厂房、溢流坝和船闸的布置条件，进行了左岸厂房、左岸船闸方案和左岸厂房、右岸船闸方案2个枢纽总体布置方案的比较。按电站和船闸及早发挥效益的原则，若采用左岸厂房、右岸船闸方案，则左岸厂房和右岸船闸应同时列为一期工程开工建设，这样一期工程就有两条纵向围堰，右岸船闸基坑纵向围堰要侵占右侧主河道，围堰施工难度大，导流工程量大，一期施工通航问题难以解决；施工二期河中的溢流坝段时，左岸有厂房阻隔，右岸有船闸阻隔，施工导流和施工交通问题都不好解决。若把右岸船闸留到二期施工，船闸投入运行的时间推迟太多，施工断航期长达18个月左右，断航赔偿费用大幅度增加；同时二期基坑工作量太大，一个枯水期内难以完成，施工总工期需拉长约一年。左岸厂房、左岸船闸方案的厂房和船闸集中布置在左河床一期基坑内，一期工程施工期间可利用右侧主河道导流和通航，可以利用河中沙洲有利地形布置纵向围堰，简化导流工程，节约工程投资，并利于加快施工进度，缩短工期。二期截流后，利用二期围堰挡水，一期建好的电站和船4闸即可投入运行，工程可提前发挥效益。经综合比较，选择左岸厂房、左岸船闸方案作为本工程枢纽总体布置方案。3.5枢纽总体布置方案设计中协调解决的主要问题（1）协调确定各主要建筑物的相对位置设计综合考虑船闸、溢流坝的运行条件及施工导流布置和施工通航要求，围绕使工程能具有良好运行条件、节省工程量、利于加快施工进度、使工程能提前发挥效益等问题，协调好各主要建筑物布置。通过比较决定将河床式电站厂房紧靠船闸布置，并直接利用船闸上闸首右墙作为厂房左侧边墙，为溢流坝布置腾出位置，使溢流坝能布置在主河槽部位，改善了溢流坝的运行条件，减少右岸坡开挖和防护工程量；同时可以使纵向围堰布置在河中沙洲上，简化了导流工程，节省施工导流工程量，利于加快施工进度，改善一期施工通航条件。（2）协调解决开关站及出线平台布置电站厂房与左坝头之间有船闸相隔，左坝头下游侧布置场地紧张，通过比较采用GIS室内开关站，并在厂房下游侧的船闸闸室右边墙右侧挑出一个出线平台，解决地面开关站及出线平台布置困难问题。（3）协调解电站决拦污栅布置本电站是桂江干流上的第一个梯级，坝址上游流域内植被良好，毛竹等经济林较多，每年汛期都会有大量漂浮物推移到坝前。由于厂房紧靠船闸布置，厂前浮式拦污栅布置困难，在没有厂前浮式拦污栅的情况下，电站若采用常规单台机组配套使用的进水口拦污栅，大量漂浮物堆积到进水口拦污栅前时，常规清污设备很难及时清理，对电站运行产生极大的影响。经分析比较，决定采用分离式拦污栅布置形式（布置参见“图3－5－1”、“图3－5－2”），解决漂浮物对电站运行的影响。即拦污栅与厂房进水口分离布置，将拦污栅布置在进水渠前缘的拦沙坎顶上，两端分别分别与上引道导墙和厂坝导墙连接，采用动水清污方式的回转式拦污栅，拦污栅共设11孔，每孔净宽5m。分离式拦污栅大大增加了过水面积，各台机组可5以共用，万一部分孔口堵污时，机组之间水流能互补调节，可以大大减少机组水头损失。分离式拦污栅布置见图3－5－1、图3－5－２。图3－5－1分离式拦污栅平面布置图图3－5－2分离式拦污栅剖面图（4）协调解决二期截流问题本工程右侧主河槽原地面高程约66.5m,溢流坝堰顶高程81.6m，为降6低二期截流难度，施工一期左三孔半溢流坝时，在左1＃溢流孔堰体预留底高程为70.0m的导流缺口，并在预留导流缺口前缘增设一道检修门槽，二期截流完成并修建好二期上游围堰后，封堵预留导流缺口，以满足挡水通航和发电要求。预留导流缺口封堵时，利用溢流坝永久检修闸门在预留导流缺口上游侧增设的门槽位置下闸挡水，在导流缺口封堵期间即可进行水库初期蓄水，既可以节省投资，又可以使电站和船闸提前投入运行。（5）协调解决二期施工通航问题本电站永久运行期上游最低运行水位为93.6m。按永久运行要求，上闸首门槛高程可定为91m左右。但如果利用二期围堰挡水满足上闸首门槛高程为91m的通航要求，二期上游围堰高度达29m左右，比满足二期导流所需的围堰高度高出约4m，不但二期围堰投资大幅度增加，而且二期围堰度汛时会发生较大的临时淹没赔偿。另外，由于二期围堰过高，围堰度汛时上下游水位总落差达15m左右，二期上游过水土石围堰保护困难，同时还带来了二期导流期间左3孔溢流坝下游河床冲刷加剧等问题。上引航道位于河槽内，将上闸首门槛高程降低4m后，只是上闸首闸门的高度相应增加了4m，对上引航道工程量没有影响。经技术经济比较，将上闸首门槛高程降低到87m，二期围堰完建后，即可利用二期围堰挡水发电和通航，可缩短10个月的断航期和提前10个月发电，降低二期上游过水土石围堰高度，减少了围堰工程投资和临时淹没赔偿，提高二期上游土石过水围堰运行的可靠性。选定枢纽总体布置方案参见“图3－5－3”。枢纽主要建筑物沿坝轴线从左到右的布置依次为：左岸接头重力坝段长93m；船闸上闸段首长24m；河床式电站厂房段长80m；溢流坝段长169.4m；右岸接头重力坝段长58.6m。枢纽布置沿坝轴线全长425m。7图3－5－3巴江口水电站枢纽总体布置图4.结语在水利水电枢纽工程设计中，合理确定枢纽总体布置方案是设计的核心。枢纽总体布置方案合理，不但可以使工程具有良好的运行条件、节省工程投资，还可以加快施工进度、使工程能及早发挥效益，从而使工程获得更大的整体效益。在巴江口水电站枢纽总体布置方案设计实践中，充分结合工程特点和具体条件，协调好永久工程与临时工程之间的关系，充分利用坝址处河中沙洲有利地形，合理考虑永临结合，围绕力求布局合理美观、工程具有良好运行条件、节省工程投资、妥善解决施工导流和施工通航、利于加快施工进度、工程能及早发挥效益及方便管理等问题进行研究、比选和优化，合理确定枢纽各建筑物布局及各专业之间的衔接关系，选定了一个布置紧凑、协调美观、具有良好运行条件、方便管理的枢纽总体布置方案，为本工程顺利实施及使工程获得更大整体效益奠定了基础。巴江口水电站于2003年8月开工建设，2005年12月底利用二期围堰挡水第一台机组及船闸同时投入运行，2006年7月三台机组全部投产8运行，各阶段建设目标按计划实现。经过两年多运行考验，枢纽各建筑物运行情况良好，各项指标都能达到设计要求。