甘肃大古山抽水蓄能电站导流设计概述

苏永江 袁绍东 王天广

（中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 陕西 西安 710065）

1 工程概况

大古山抽水蓄能电站位于甘肃省张掖地区肃南县境内的黑河流域，距离已经建成的小孤山坝址上游约3km处，距张掖市直线距离约50km，公路里程约87km；距兰州市公路里程约518km。

本工程电站装机容量1200MW，电站为I等大（1）型工程，主要由上水库、地下输水发电系统和下水库等三大建筑物组成。上水库由一座挡水坝与周围山体开挖形成的库周围成，挡水坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程2702.00m，最大坝高121.1m。下水库由挡水坝、拦沙坝及两岸山体围成，挡水坝为沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程2128.00m，最大坝高75.8m。拦沙坝为土工膜防渗心墙堆石坝，坝顶高程2128.00m，最大坝高41.0m。

输水系统为2条隧洞，由上水库进/出水口、平洞段、斜井段、引水支洞、尾水支洞、尾水主洞、尾水闸门井、尾水调压井、下水库进/出水口等建筑物组成。厂房采用地下厂房开发方式，由主副厂房、主变室、母线洞、电缆平洞及地面开关站等建筑物组成。主副厂房开挖尺寸为151m×25m×49.55m，主变室开挖断面为110m×20m×22m。

2 水文气象条件

2.1 水文条件

甘肃大古山抽水蓄能电站上水库集水面积为3.05km2，基本无径流入库。其上水库坝址设计洪水成果见表1，下水库分期设计洪水成果见表2，上、下库建成后库面24h设计洪量成果见表3。

2.2 气象条件

大古山抽水蓄能电站工程区为大陆性气候，夏季酷热，雨量稀少，蒸发强盛，冬季严寒，冰期长达四个月之久。多年平均年降水量为175.4mm；多年平均年水面蒸发量为1378.7mm；平均气温为8.5℃，绝对最高气温为37.2℃（1961年6月），绝对最低气温为-33.0℃（1955年1月），日温差较大，最大冻土深度150cm。

表1 大古山抽水蓄能电站上水库坝址设计洪水成果表流量单位：m3/s；洪量单位：万m3

表2 大古山抽水蓄能电站下水库分期设计洪水成果表单位：m3/s

表3 大古山抽水蓄能电站上、下库建成后库面24h设计洪量成果表单位：万m3

3 施工导流

3.1 上水库导流

上水库由大坝、进/出水口等建筑物组成。上水库集水面积约3.05km2，基本无径流入库，径流主要由降雨形成。上水库大坝为1级建筑物，导流建筑物为4级，大坝施工导流设计标准采用全年10年一遇洪水，设计流量为13.8m3/s，相应的24小时洪量为2.44万m3；度汛标准为全年50年一遇洪水，洪峰流量为24.7m3/s。

本工程上水库大坝导流方式分别比较了机械抽排、涵管导流及导流洞导流等方式。从经济条件、施工条件及水文气象条件等方面考虑，采用机械抽排方式，抽水设备用量和抽水费用均较大，不经济。采用涵管导流方式，由于上库开挖量较大，库区开挖直接上坝施工与涵管导流互相干扰，并且涵管与坝体结合部位施工质量难以保证。采用导流洞导流方式，可以很好地解决以上两种导流方式的不足之处，且施工工期有保障，因此本工程采用全年围堰挡水、隧洞导流方式进行导流。

3.2 下水库导流

下水库主要建筑物由沥青混凝土心墙堆石坝、泄洪排沙洞、拦沙坝、下水库进/出水口等组成，除拦沙坝外均属1级建筑物。下水库坝址处控制流域面积为750km2，径流主要由降雨形成。下水库导流建筑物为4级，大坝围堰设计标准采用全年10年一遇洪水，设计流量为122m3/s；度汛标准为全年50年一遇洪水，洪峰流量为225m3/s。

根据下水库各建筑物的布置和施工总体规划，大坝施工导流采用全年围堰挡水、隧洞导流方式进行导流。

3.3 上、下库进出水口导流

（1）上库进出水口导流

上库进出水口位于上库库盆内，进出水口为1级建筑物，根据DL/T5397-2007《水电工程施工组织设计规范》规定，导流建筑物为4级，相应的土石围堰洪水设计标准为10年～20年一遇。本工程进出水口施工导流设计标准采用库盆10年一遇24小时洪量，相应洪量1.75万m3。导流洞进口底板高程2631.50m，对应洪水位2634.40m，洪水位低于进出水口底板高程2645m，因此上库进出水口施工导流不受影响。根据抽水蓄能电站设计导则，位于开挖围填形成的且汇水面积较小的封闭库盆内的进出水口，其施工期度汛标准采用50年～100年一遇的24小时洪量，本工程上库汇水面积小，选用50年一遇的24小时洪量，相应洪量2.42万m3，对应洪水位2635.50m，低于进出水口底板高程2645m，进出水口施工不受影响；后期度汛标准采用200年一遇24小时洪量，相应洪量2.98万m3，对应洪水位2664.40m，低于进出水口底板高程，进出水口不受洪水影响。上库库盆中洪量通过抽水泵抽到库盆外排水渠中排走。

（2）下库进出水口导流

下库电站进/出水口位于下库库盆内，进出水口为1级建筑物，根据DL/T5397-2007《水电工程施工组织设计规范》规定，导流建筑物为4级，相应的土石围堰洪水设计标准为10年～20年一遇，本阶段进出水口施工导流标准采用库盆10年一遇24小时洪量，相应洪量1.65万m3，对应洪水位2070.10m，低于底板高程2071m，下库导流不受影响。根据抽水蓄能电站设计导则，位于开挖围填形成的且汇水面积较小的封闭库盆内的进出水口，其施工期度汛标准采用50年～100年一遇的24小时洪量，本工程下库汇水面积小，选用50年一遇的24小时洪量，相应洪量2.29万m3，对应洪水位2070.40m，低于底板高程2071m，进出水口全年施工，后期度汛利用闸门挡水度汛。下库库盆中洪量通过抽水泵抽到库盆外排水渠中排走。

4 导流建筑物设计

4.1 上库导流建筑物设计

（1）导流洞设计

导流隧洞布置在大坝右岸，由进口段、洞身段及出口段组成。由于上库库底不设排水廊道，故本工程导流洞进行单独布置。导流洞全长612.80m，导流洞进口高程2631.50m，出口高程2620.0m，底坡1.88%。隧洞断面为城门洞型，洞径2.5m×3m，顶拱中心角154.6°。隧洞进、出口段采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度30cm；洞身段Ⅱ、Ⅲ类围岩采用喷锚支护，底板用素混凝土抹平；Ⅳ类围岩全断面衬砌，衬砌厚度30cm。进口明渠段长13.8m，出口明渠段长8.0m，明渠之后出口水流自由跌入溪沟。

（2）上下游围堰设计

上游围堰挡水设计标准采用全年10年一遇洪水，设计流量为13.8m3/s，上游围堰堰顶高程2635.00m，最大堰高19m，堰顶宽度8m，堰顶长102.70m，堰体上游坡1∶1.75，下游坡1∶1.5。由于导流洞出口山沟纵坡较大，下游水位较低，水流呈自由跌落状态，因此无需设置下游围堰。

4.2 下库导流建筑物设计

（1）导流洞设计

为了节省投资，本工程导流洞不进行单独布置，而与泄洪排沙洞完全结合，一次建成，施工期用于导流，运行期用于泄洪排沙。泄洪排沙洞布置在拦沙坝前右岸，由进口引渠段、进口闸室段、明流隧洞及出口挑流鼻坎组成。建筑物全长1210.00m，其中引渠段长20.00m，进口闸室段长31.00，无压隧洞长1159.00m，出口挑流鼻坎段长20.00m。

进口闸室段采用岸塔式，底板高程2100.00m，检修门孔口尺寸6.5m×7.5m，工作门孔口尺寸 6.5m×5.5m，塔顶高程2128.00m。洞身段标准断面为城门洞形，底宽 6.5m，边墙高 8.0m，顶拱高2.0m，总高10.0m。隧洞衬砌为钢筋混凝土结构，衬砌厚度进、出口40m范围内为1m，洞身段为0.8m，并布置系统锚杆、固结灌浆和回填灌浆及排水孔。无压洞后接挑流鼻坎，采用挑流进行消能，挑流鼻坎长20.0m，鼻坎顶高程2076.20m。

（2）上下游围堰设计

上下游围堰挡水设计标准采用全年10年一遇洪水，设计流量为122m3/s，上游围堰堰顶高程确定为2109.00m，下游围堰堰顶高程为2066.50m。上游围堰和拦沙坝完全结合，堰体采用土石围堰，高压旋喷防渗墙防渗的结构型式，墙体厚度0.8m。防渗墙轴线布置于下游围堰轴线处，围堰轴线长约182.20m，堰顶宽8.0m，最大堰高9.0m，堰体由石渣及开挖混合料填筑而成，上游边坡1∶2，下游边坡1∶1.5。下游围堰堰顶轴线长约148.50m，堰顶宽8.0m，最大堰高约7.0m，上下游坡比为1∶1.5/1∶1.75。下游围堰防渗采用悬挂式高压旋喷灌浆的防渗形式，墙体厚度0.8m。高压旋喷灌浆防渗墙轴线布置于下游围堰轴线处，防渗墙底高程为2044.60m。

本工程导流洞与泄洪洞及上游围堰与拦沙坝完全结合进行布置，此种布置形式不仅能满足本工程导流设计要求，而且从经济角度考虑，很大程度上降低了工程成本，此设计思路为今后同类工程设计提供了很好的借鉴，具有很好的参考价值。

5 结语

甘肃大古山抽水蓄能电站在导流设计时，充分考虑了当地的水文气象条件，并结合抽水蓄能电站的特点，对上下库导流建筑物设计进行了深入研究。上水库由于不设库底排水廊道，故导流洞单独布置，由于上水库导流洞出口山谷坡度较陡，因此不需要进行下游围堰布置。下水库充分考虑了拦沙坝的特点，上游围堰设计采用与永久拦沙坝完全结合的形式，此设计思路很好地做到了永临结合，避免了永久拦沙坝填筑料的重复开采；下水库导流洞设计采用了与永久泄洪排沙洞完全结合的设计思路，此设计思路既满足了工程导流需要，又避免了不必要的二次打洞，从经济角度考虑，很大程度上降低了工程成本。本电站的导流设计思路为今后同类工程的设计提供了很好的借鉴，具有很好的参考价值。陕西水利

[1]潘家铮，何璟.中国抽水蓄能电站建设[M].北京:中国电力出版社，2000.

[2]邱彬如，刘连希.抽水蓄能电站工程技术[M].北京:中国电力出版社，2008.

[3]DL/T5397-2007，水电工程施工组织设计规范[S].北京:中国电力出版社,2008.