土谷塘航电枢纽工程施工期通航设计

胡 毅 张晓君

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 工程概况

土谷塘航电枢纽工程坝址位于湘江干流中游的衡南县云集镇附近，是湘水干流梯级开发的第六级，其上衔近尾洲水电站，下接大源渡航电枢纽。坝址控制流域面积37298km2，正常蓄水位58.0m，总库容1.97亿m3，船闸为1000t级，电站装机容量为90MW，工程以航运为主，兼顾发电、灌溉、交通、旅游、养殖及城镇开发等综合效益，属Ⅱ等工程，主要建筑物为3级建筑物。

枢纽工程推荐左岸厂房、右岸船闸、主河床布置泄水闸的布置方案。1000t级船闸布置于河床右岸，闸室有效尺寸为180m×23m×4.0m（长×宽×门槛水深），上闸首门槛高程51.7m；河床式电站厂房布置于左岸，总装机容量90MW，安装4台22.5MW的灯泡贯流式机组；泄水闸共17孔，孔口净宽20m，设计为折线型实用堰，堰顶高程47.0m；闸坝顶高程70.5m，最大坝高30m。

2 施工期通航要求

湘江为我国内河航运主通道之一，本工程坝址所处的衡阳～松柏段为Ⅴ级航道。坝址最小通航流量150m3/s，经过历年整治，在保证率95%时，区间各滩已基本达到最小航道尺度，可常年通航300t级分节驳。

根据航运部门及可研报告交通部审查意见，为了满足坝址上、下游物资运输需要，保证当地有关航运企业正常生产，本枢纽工程施工期不允许长时间断航。

3 导流方案选择

本工程的主要开发任务以航运为主、航电结合，施工导流方案选择的总原则是控制施工期库区水位壅高、保证施工期通航，兼顾考虑厂房尽早发电。本工程采用分期导流方式，分三期导流：

一期围右岸船闸与部分泄水闸，二期单独围左岸厂房，船闸具备通航条件后三期截流，三期围剩余的泄水闸。导流程序为：

第1年10月下河围右岸船闸及部分泄水闸，一期采用全年围堰，导流标准选用全年10年一遇，一期围堰修筑前先修筑前期低水围堰，在低水围堰保护下修筑一、三期共用纵向混凝土围堰和一期全年横向围堰，第2年汛前拆除前期低水围堰，由左侧束窄河床过流和通航。

第2年汛后单独围电站厂房，采用全年围堰，导流标准选用全年10年一遇，第二个枯水期由中部束窄河床过流及通航，第2年年底拆除一期全年围堰，一期全年围堰拆除前修筑船闸枯期小围堰确保船闸闸室干地施工，汛期由一期已建闸孔与束窄河床联合过流，束窄河床通航。

第3年船闸具备通航条件后进行三期截流，三期围剩余左侧的泄水闸，三期采用过水围堰，枯期由一期已建泄水闸过流，汛期由已建闸孔与过水围堰联合泄流，已建船闸通航。

本方案船闸通航工期27个月，第1台机组发电工期40个月，施工总工期51个月。

4 施工期通航

4.1 一期工程施工期通航

按照选定的施工导流方案，一期利用左侧束窄河床通航。经对湘江河道现有的通航情况进行调查，并参照国内部分通航河流的实践经验，拟定束窄河床通航参数为：

（1）河道水深大于2.0m；

（2）上下游落差小于0.5m；

（3）流速小于2.0m/s时，自航；

（4）流速（2.0～2.5）m/s，须由拖轮助航。

坝址处天然最小通航流量150m3/s，当坝址流量为150m3/s时，前期低水围堰束窄河床段及上下游过渡段临时航道底高程在47.0m以下，而坝址处水位约50.0m，临时航道水深满足通航要求。

随着流量的增大，水流受上游横向围堰的阻流作用开始收缩，右侧水流开始斜向偏左，航道内流速逐渐增大，经水力学计算与导流模型试验验证，前期低水围堰挡水期间（第1年10月至第2年3月）当流量小于1500m3/s时，临时航道内断面平均流速小于2.0m/s，船只可自航。

第2年4～9月一期全年围堰挡水期间，由于湘江在4月初进入汛期，流量相应增大，来流受上游横向围堰阻流影响及纵向混凝土围堰侧向收缩影响产生回流，回流范围及强度随流量的增加而增大，束窄河床内主流区位于束窄河床中部偏右侧，临时航道内流速及回流范围对通航影响较大。

经水力学计算与导流模型试验验证，一期全年围堰运行期间，当流量小于2500m3/s时，临时航道内平均流速小于2.0m/s，船只可自航；当2500m3/s

经统计一期工程施工期间通航保证率为90%。

4.2 二期工程施工期通航

按照导流程序安排，二期厂房围堰修筑完成时一期全年横向围堰相应完成拆除工作，二期厂房围堰运行期间一期全年围堰拆除，由一期已建7孔泄水闸与中部束窄河床联合过流，中部束窄河床通航。

厂房围堰施工期为第2年10～12月，此时一期全年围堰尚未拆除，厂房围堰合拢后河床将由中部束窄河床过流与通航，过流断面宽130m，水流受一期全年上游横向围堰与二期厂房上游横向围堰的阻流作用开始向束窄河床中部收缩，经水力学计算与导流模型试验验证，厂房围堰施工期间当流量小于1200m3/s时，临时航道内断面平均流速小于2.0m/s，船只可自航。由水文资料可知10～12月坝址处月平均流量均小于1000m3/s，因此厂房围堰施工期间即使一期全年横向围堰尚未拆除，中部束窄河床通航影响不大。

第3年1～12月期间，厂房工程在二期厂房围堰保护下干地施工，由一期已建7孔泄水闸与中部束窄河床联合泄流，束窄河床通航。经水力学计算与导流模型试验验证，厂房围堰运行期间当流量小于2500m3/s时，临时航道内断面平均流速小于2.0m/s，船舶可自航，当2500m3/s

4.3 三期工程施工期通航

按照导流程序安排，船闸第4年1月具备通航条件后进行三期截流，三期截流闭气期间约需断航1个月。三期工程施工期间由永久船闸通航，船闸上闸首底坎高程50.5m，上游最低通航水位54.5m，下游最低通航水位47.9 m，按照施工进度安排，三期围堰闭气后即开始蓄水，蓄水至正常蓄水位58.0m，三期工程施工期间坝址处水位可满足船闸通航要求，不影响通航。

5 结语

近年来，随着国家各流域水运的发展，航电枢纽工程开发较快，而航电枢纽工程施工期如何解决通航问题，尽量减小工程施工对流域航运的影响是社会各界都很关心的问题，湘江、岷江、汉江等流域将建设多个航电枢纽工程，而这些流域均对施工期通航要求较高，因此选择合适的导流方案，妥善解决施工期通航问题往往是施工组织设计的难点和重点。

土谷塘航电枢纽工程采用三期导流方案，经水工模型验证，各期通航保证率均在90%以上，妥善解决了施工期通航问题，并最大程度减少对当地航运的影响。本工程所选导流方案和施工期通航方案可在类似航电枢纽工程中推广应用。