三湾水利枢纽工程总体布置方案比选

2014-04-02崔瑞

黑龙江水利科技 2014年1期

关键词：鱼道泄洪闸坝段

崔瑞

(辽宁水利职业学院，沈阳 110122)

三湾水利枢纽工程总体布置方案比选

崔瑞

(辽宁水利职业学院，沈阳 110122)

三湾水利枢纽及输水工程是以城市供水为主，兼顾发电，并为丹东市供水提供安全保障的大型综合利用水利工程。根据电站坝段的不同布置选择了两种枢纽总体布置方案进行综合比较，从技术角度看均是可行的，因I方案工程静态投资相对较低，因此本阶段暂推荐I方案为本工程的工程总布置方案，为工程建设提供施工基础和技术保障。

水利；枢纽；布置；比选

1 工程概况

三湾水利枢纽及输水工程是以城市供水为主，兼顾发电，并为丹东市供水提供安全保障的大型综合利用水利工程，工程由水库枢纽工程、输水工程和净水厂3部分组成。主要承担向丹东市供水的任务，水库最大库容为1.27亿 m3，水库建成后2025年向丹东市年供水2.05亿 m3。

丹东市为地级城市，城区总人口76万人，属大型城市。三湾水利枢纽工程建成后将改变丹东市鸭绿江水源供水单一的状况，对保证丹东市的供水安全具有无可替代的重要作用。

2 洪水标准

根据GB50201—94《防洪标准》、SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》的有关规定，按山区、丘陵区确定水库水工建筑物的防洪标准如下：

2.1 主要建筑物

挡水坝、泄洪闸、电站厂房的挡水部分按100a一遇洪水设计、1000a一遇洪水校核；电站厂房的非挡水部分按50a一遇洪水设计，200a一遇洪水校核；取水泵站按供水工程确定洪水标准，根据其对丹东市供水的重要程度宜取高限，确定设计洪水为50a一遇，校核洪水为200a一遇。

2.2 次要建筑物

消力池、导流墙按 50a一遇洪水设计。

2.3 其他次要建筑物

拦砂坎、变电站、库内码头等按50a一遇洪水设计，200a一遇洪水校核。

3 主要建筑物级别

3.1 水库枢纽工程主要建筑物

挡水坝段、取水坝段、泄洪闸、电站厂房的上游挡水部分、取水泵站为2级建筑物，电站厂房的非挡水部分为3级建筑物[1]。

3.2 次要建筑物

消能防冲建筑物、导流墙、拦砂坎、副厂房、变电站等为3级建筑物。临时性水工建筑物为4级建筑物。

4 建筑物的组成

本工程的主要任务是为城市供水，兼顾发电，因此要求本工程必须具有的建筑物包括挡水建筑物、泄洪建筑物、城市供水引水建筑物以及发电建筑物等。

另外，根据环保部门的要求，为保护洄游鱼类，还必须布置过鱼建筑物，同时还应结合工程布置满足下游环境用水要求。

1)挡水建筑物为混凝土重力坝，布置在大坝的两侧。

2)泄洪建筑物的主坝坝型已选定混凝土重力坝，由于河床较宽，有足够的宽度布置泄洪建筑物，因此泄洪建筑物应布置在主河床上。

由于本工程的主要任务是城市供水，不承担防洪任务，因此枢纽的规模根据兴利要求确定，根据利水调节成果，本工程的所需的兴利库容不大，正常高水位 20.5m即可满足兴利要求，同时根据洪水资料，爱河汛期洪峰量值较高，100a一遇洪水(设计洪水标准)洪峰流量为19000m3/s，1000a一遇洪水洪峰流量(校核洪水标准)为27700m3/s，需要较大的行洪断面，为节约投资，尽量降低坝高，泄洪建筑物的底坎高程应尽量降低，以增大泄洪能力，因此泄洪建筑物型式选定为底板高程较低的钢筋混凝土泄洪闸型式。

3)本工程发电建筑物水电站厂房的型式为普通河床式厂房，厂房本身是挡水建筑物的一部分，厂坝结构在河床上衔接为一体。

电站厂房布置两个坝段，总长为54.74m，上、下游总宽度为38.60m，主厂房安装两台大机和1台小机灯泡贯流式机组。副厂房布置电站坝段后，布置有中控室、电工实验室、通讯室等。升压站设两台主变压器，布置在左侧上坝公路的山坡上。

4)因本工程的主坝坝型已选定混凝土重力坝，本着经济和便于管理的原则，引水建筑物因尽量在重力坝上布置，由于主河床较宽，布置完泄洪闸、电站和鱼道后，还有足够的位置布置引水坝段，因此本次设计引水建筑物型式选用坝体引水口型式。

由于引水坝段的进水口底高程较低，为提高引水质量、降低进水口前泥沙淤积高程，引水坝段宜紧邻有较低高程泄水或引水建筑物布置，在本工程中，电站坝段和泄洪闸的进口底高程均较低，所以引水坝段宜紧邻泄洪闸或电站坝段布置。

同时，由于供水管线布置在右岸，为节约管线的投资，引水坝段宜布置在右岸。

5)目前我国鱼道设计研究资料较少，根据国外已建工程经验，鱼道形式主要有3种类型，即平面式鱼道、导墙式鱼道和梯级式(台阶式)鱼道[2]。

平面式鱼道是较早的鱼道形式，类似于水渠，有直线型、弯曲型等，鱼道流速较大，适用于游泳能力较强的洄游鱼类。

导墙式鱼道即在鱼道水渠中设置横隔水墙(导墙)以减缓水流的流速，导墙的形状、间距、突出方向多种多样，有直角导墙、斜角导墙和复式导墙等。

导墙的横断面一般为长方形，可减少由于狭窄过水而产生的涡流。导墙式鱼道为目前较为普遍采用的形式。

梯级式鱼道又称水池梯级式鱼道，在平面水渠内设置控制水的隔墙，在减小坡度的同时可形成一个个相连的水池，并产生溢流，鱼道以斜坡形式延伸，鱼道的隔墙形状较多，可在隔墙顶部和底部同时开孔，上部水流较急，下部水流较缓，可适应多种鱼类[3]。

考虑本河段各种鱼类生物学特点，采用导墙式鱼道。因本工程的主坝坝型已选定混凝土重力坝，为节约投资，将鱼道布置在混凝土坝上，设置一个鱼道坝段。

鱼道入口必须布置在易为鱼类所发现且有利于鱼类集结的地方，鱼道入口的诱鱼能力与它在坝上所处的位置和水力学条件(流速、流量、流态等)密切相关，近年来都将入口布置在电站尾水附近，利用电站泄水诱鱼。因此本工程鱼道坝段紧邻电站坝段布置[4]。

5 枢纽总体布置比较及选择

本工程挡水建筑物、泄洪建筑物、城市供水引水建筑物及泵站的布置都已明确，过鱼建筑物应紧邻电站坝段布置，而电站坝段布置在左、右岸均可，需进行比较，因此根据电站坝段的不同布置选择了2种枢纽总体布置方案进行综合比较：电站布置在左岸方案、电站布置在右岸方案[5]。

5.1 电站布置在左岸方案

主要建筑物沿坝轴线按直线型布置，坝顶长545.36m，共分为34个坝段。自左岸开始，1～3#坝段为左岸挡水坝段，均为岸坡坝段，总宽39.0m；4#、5#坝段为电站坝段，位于主河槽处，为河床式电站，布置两台大机组和1台小机组，二坝段宽36.36m，厂房布置在坝后，在电站坝段以左上游侧设拦砂坎，下游尾渠直对主河道；6#坝段为鱼道坝段，为导墙式鱼道，坝段宽13.50m；鱼道坝段的右侧，7～26#坝段为泄洪闸，泄洪闸位于主河床上，共布置19孔，单孔净宽14.0m，溢流总净宽为266.0m，共分为20个坝段，总宽度为326.0m；紧邻泄洪闸右侧的27#坝段为城市供水引水坝段，设置3个城市供水引水口，其中一个兼做下游环境用水供水口，坝段宽16.0m，取水泵站设在右岸坝下；引水坝段右侧28～34#坝段为右岸挡水坝段，总宽度为115.0m；挡水坝段右侧的山坡内设置22.0m长的混凝土刺墙；升压站设在左侧上坝公路的山坡上；下游两岸各设一条上坝公路，公路延伸至下游爱河大桥；管理局布置在右岸下游的山坡上[6]。

5.2 电站布置在右岸方案

主要建筑物沿坝轴线按直线型布置，坝顶长545.36m，共分为34个坝段。自左岸开始，1～3#坝段为左岸挡水坝段，均为岸坡坝段，总宽39.0m；4～23#坝段为泄洪闸，泄洪闸位于主河床上，共布置19孔，单孔净宽14.0m，溢流总净宽为266.0m，共分为20个坝段，总宽度为326.0m；泄洪闸右侧24#坝段为鱼道坝段，为导墙式鱼道，坝段宽13.50m；鱼道坝段右侧的25#、26#坝段为电站坝段，为河床式电站，布置两台大机组和1台小机组，二坝段宽36.36m，厂房布置在坝后，在电站坝段以右上游侧设拦砂坎，下游设长尾渠将发电尾水送入主河道；紧邻电站坝段右侧的27#坝段为城市供水引水坝段，设置3个城市供水引水口，其中一个兼做下游环境用水供水口，坝段宽16.0m，取水泵站及升压站均设在右岸坝下；引水坝段右侧28～34#坝段为右岸挡水坝段，总宽度为115.0m；挡水坝段右侧的山坡内设置22.0m长的混凝土刺墙；下游两岸各设一条上坝公路，公路延伸至下游爱河大桥；管理局布置在右岸下游的山坡上[7]。

5.3 方案工程量、投资对比

根据两方案的工程总体布置及各建筑物的结构形式，计算出了两方案的主要工程量：

5.3.1 电站布置在左岸方案

土方开挖26.03万 m3，石方开挖6.71万 m3，土石方回填11.23万 m3，混凝土21.74万 m3，钢筋5219t。

5.3.2 电站布置在右岸方案

土方开挖35.93万 m3，石方开挖6.1万 m3，土石方回填12.43万 m3，混凝土22.49万 m3，钢筋5269t。

5.3.3 投资对比

电站布置在左岸方案建筑工程投资15832万元，工程静态投资53051万元。电站布置在右岸方案建筑工程投资16457万元，工程静态投资53888万元。

5.4 方案的优缺点对比

5.4.1 电站布置在左岸方案优点

1)工程造价较低。

2)电站布置在主河槽处，地面高程较低，尾水渠与下游河道连接顺畅，开挖量较小。