建设圣安东尼奥水电站面临的挑战

[] A.P.B.

1 工程概述

圣安东尼奥(Santo Antonio)水电站位于巴西亚马德拉(Madeira)河上，该水电站水力发电机组是灯泡式机组，装机容量将超过2 000 MW。

这种低水头水电站被认为对环境的影响可能是最小的。该项目是里约马德拉河大型水利枢纽的一部分，目前正在建设中。

在亚马逊流域建设水电工程，意味着每一步都将面临着挑战，例如，确保是否完全符合环境保护措施。已经克服了许多的困难，在项目完成之前可能还会出现更多的挑战。开工之前所遇到的第一个挑战，就是为当地的工人提供必要的培训，这些培训已经顺利地完成，有多达20 000个工人接受了各种技能培训。

现场施工于2008年9月开始。目前，河床式厂房正在建设中，马德拉河的水流从两侧泄洪道下泄。

一些特别严重的困难，甚至有些困难在此之前从未遇到过，在该项目建设过程中全都遇到了。不过，均得到了妥善解决。

(1) 首先是导流，将大约20 000 m3/s的平均洪水流量改道而行，随即在河床建筑物建成之前，让水库开始蓄水。

(2) 设计一种过鱼(有些鱼类重达几千克)建筑物，以克服电站给它们的生存环境带来的非自然障碍。

(3)由于天然洪水的作用，在贝尼(Beni)河高水位期间，每天有多达3 000根且长度超过2 m的木材从玻利维亚顺流而下，在不破坏马德拉河有机质的平衡条件下，创建一个可控制的过木装置。

将鱼道结构设计为一种具有斜坡的天然河道形式，该结构已经做了足尺模型试验。先前布置在河道中的鱼道结构，几乎完全由开挖右岸的岩石建成，鱼道下游有2个入口，上游有1个出口，且都配备了人字门。两个入口形成的主河道宽为10 m，长约900 m。

在巴西里约热内卢弗纳斯(Furnas)的实验室中，用一个1∶80的模型对导流建筑物和水库蓄水状况开展了模拟研究。

对浮木的管理进行了长达2a时间的观察，并计算木材的数量，也用同比例的模型进行了试验。所采用的理念是利用河流的几何形状和使用一种使表层洪水改道的浮式结构，浮木由此进到水库内的人工渠道内，然后，木材被引入一种混凝土结构-“木材泄洪道”，通过它木材可以被安全地排放到电站下游。

2 方案研究

圣安东尼奥水电站位于马德拉河上，距巴西朗多尼亚州的首府波多韦柳上游6 km。

当低水头电站建成后，装机容量为3 150 MW，由44台灯泡式机组组成。

2008年9月该项目开始施工，计划在2011年11月将围堰拆除，同时左岸溢洪道进行泄洪。也就是在围堰完工后，洪水经左岸主泄洪道下泄，水库立刻开始蓄水。

2012年3月，厂房1的第一台机组试运行通过后，该水电站便开始投产发电。这样对项目的资金流有明显的积极作用。

目前，正在开挖河床建设4号厂房，而1号厂房有一半的机组已经投入运行，装机容量近300 MW，为阿克里(Acre)州和朗多尼亚州供电。该电站还未并入巴西主电网。

3 导 流

马德拉河在坝址处宽约 1.2 km，在某些地方深达60 m，平均流量为18 000 m3/s。

如此庞大的导流工程带来一种空前的挑战，这需要开展大量的规划和研究工作，当然也需要有勇气和运气。

施工顺序是按照主河槽不断流的情况下，允许在两岸连续施工的设想确定的。要做到这一点，需要在普西迪岛(Presidio)和右岸之间的河道修建两道围堰，而在另一边，即沿左岸修建U型围堰。

对每一阶段的导流工程，都在弗纳斯水力实验室代表8.7 km的河段的一个1∶80的水电站模型中进行了模型试验。

大约1a前，大江截流真正开始时，在进行导流的第一阶段，将左岸与相邻的岛屿连接，之后与上游主要围堰结合成一个整体，封堵普西迪岛与卡乔罗岛(Cachorro Island)之间的河道。不久后，这也将成为下游围堰的一个组成部分。

对于截流的最后阶段，考虑洪水流量为8 000～25 000 m3/s，因此，借助于模型对许多工况进行了评估；并且在每种工况下，都确定了用于上游预设围堰的堆石尺寸，以及抛填方法和完成任务所需放存于两岸的材料用量。

当下一道工序往前推进时，上游预设围堰过渡料被倾倒在每个已经完成延伸的堆石体上。防渗材料的施工过程与其类似。

2011年的枯水季节来得早，到6月末，导流施工经历的洪水流量为12 000 m3/s。7月5日，开放主溢洪道，7月19日，洪水流量约为8 000 m3/s时，大江截流完成。

在截流工程完成之后，在上游预设围堰与下游一排堆石体之间修建了压实防渗心墙，并将这两个结构结合在一起，其顶部高程达73 m(按千年一遇洪水设计)。在修建上游主围堰(LR3)的同时，将下游围堰的高程提高到了60 m，并且对其填筑了过渡料和防渗料。

随着救鱼工作的开展，排水工作开始于2011年8月，完成于2012年1月。

4 鱼道设施

鱼道设施设置在普西迪岛，设计时，考虑到了黄体短平口鲶(Dourada)的(鲁氏短平口鲶)习性以及其他大约30种鱼类的洄游特征。

该系统被设计成可以全年运行。

普西迪岛过鱼设施有2个入口，一个是为了将鱼引入河床厂房，另一个则是将鱼引入右岸厂房。为了使鱼能够很容易地找到入口，因而尽可能地将入口设置在紧靠厂房的尾水渠上。

入口的开口几乎从水体表层一直伸展到底部，这样使其入口能够适合于更多生物种类，即从生活在靠近底部的物种到生活在水体表层的物种。

在入口和系统的渠道中都提供了注水设备，用来吸引鱼类，同时还可以阻碍那些具有较低游动性能的非迁徙物种。

根据在实验渠道上的试验结果，设计的鱼道系统在入口的水流速度约为2 m/s，渠道内部的速度大于0.3 m/s。

所设计的系统总长度为1 200 m，由4个不同部分组成。

(1) 2个入口渠道，起始于右岸尾水渠,渠道入口宽为4 m，长为32 m；连接河床厂房尾水渠的渠道入口宽为6 m，长为39 m；

(2) 主渠道长约 1.1 km，宽为10 m；

(3) 通向水库的出口渠道长为55 m，宽为5 m。

利用石笼在矩形截面的渠道中形成静止的池室和隔板，这种设计有益于维护和调整湍流。在鱼道的入口和出口处，都安装了能垂直启闭的人字形闸门。

5 浮木管理系统

正是因为在雨季该河流上有大量的浮动木材，所以人们才将该河流命名为马德拉河，在葡萄牙语中是“木材”的意思。

基于木材漂浮于河流的表面，且最大深度约为4 m这一实际情况，而提出了开发木材管理系统的方案设想。因此，设计了一种特殊的木材堰以将表面的浮木转移到人工渠道内，该渠道在库区由堤坝围成，可以将漂浮材输送到水电站附近，由设置在此处的木材堰将这些漂浮木材输送到混凝土结构的“木材泄洪道”内，这些浮木由此流向下游。