撒多水电站首部枢纽布置型式比选

曾建波

(重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆 401120)

撒多水电站首部枢纽布置型式比选

曾建波

(重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆 401120)

本文结合撒多水电站坝址区地形地质条件、坝型以及坝轴线选择等特点，对电站首部枢纽在各种方案下的建筑工程量及直接投资和金属结构及其设备工程量及直接投资等方面进行技术经济比选，推荐采用闸坝方案，以期为类似案例提供参考。

撒多水电站；首部枢纽；方案；比选

撒多水电站地处于四川省凉山彝族自治州，为木里县境内金沙江左岸一级支流——水洛河“一库十一级”中的第十个梯级水电站。本工程采用引水式隧洞发电，首部枢纽位于宁朗乡乡政府下游2.31 km，厂、闸址以上控制集水面积分别为9440 km2和9047 km2，电站具有日调节性能，多年平均流量133 m3/s。正常蓄水位1755 m，校核洪水位1744.6 m，最大闸(坝)高30 m，日调节库容65.2万m3，正常蓄水位以下水库库容365.1万m3，水库回水长约3.32 km，闸前壅水21.5 m。厂、闸址间河道距离约20 km，采用右岸引水线路布置方式，引用流量160.6 m3/s，隧洞全长15 255.66 m。引水至撒多沟口下游约1 km的水洛河右岸俄亚乡卡瓦村附近一带建地下厂房发电。主要水工建筑物由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽组成。

1 工程概况

根据坝型和坝轴线的比选，选定的坝型为钢筋混凝土闸(坝)型式和选择下坝轴线进行首部枢纽布置研究，下闸线位于宁朗乡政府下游约2.3 km的河段，磨房沟口下游约700 m(邹家沟口上游约240 m)处，该处主河床平均河底高程约1731 m，平枯期河水面宽度约60～65 m。主要的泄水建筑物冲沙闸和泄洪闸布置于河床的主流上，闸孔底高程大体与河床平均底高程一致，为1731.0 m。

2 首部枢纽布置型式比较

本电站汛期死水位1754 m，正常蓄水位1756 m，闸底板高程为1731 m，闸门将长期承受23～25 m压力荷载，有条件设置溢流坝，以减少闸门承受的水头，本阶段拟定了闸坝及溢流坝两种方案进行比较。

2.1 闸坝方案

根据《混凝土重力坝设计规范》(SL 319-2005)[1]和《水闸设计规范》(SL 265-2016)[2]，首部枢纽从左至右依次布置有：左岸挡水坝段、3孔泄洪闸、1孔冲沙闸、右岸挡水坝段、进水口、取水闸。拦河闸坝顶全长179.22 m，坝顶高程1758 m，最大闸(坝)高30 m。

冲沙闸、泄洪闸均为胸墙式平底闸，冲沙闸与3孔泄洪闸均为独立闸室单元。冲沙闸段宽8 m，顺水流向长38 m，冲沙闸孔口尺寸3 m×8 m(宽×高)，闸底板厚3 m，闸墩厚度2.5 m；泄洪闸段宽13.5 m，顺水流向38 m，孔口尺寸为8 m×10.5 m(宽×高)，闸底板厚3 m，闸墩厚度2.75 m。闸室内设置平板检修闸门及弧形工作闸门各一道，冲沙闸、泄洪闸的检修闸门共用一台门式启闭机，弧形工作闸门各设一台液压式启闭机。在泄洪闸、冲沙闸闸室底板及闸室底板以上1.2 m高度范围内的闸墩采用12 mm厚16 Mn钢板保护，在上游铺盖及下游护坦表面采用0.4 m厚的C40HF抗冲耐磨混凝土保护。

泄洪闸、冲沙闸两侧设挡水坝段。左岸重力式挡水坝设5个坝段，共长92.5 m，最高坝段为储门槽坝段，坝底顺水流向最大宽度30 m，上游坝坡在高程1744 m以下坡比1∶0.35，下游坝坡在高程1747 m以下坡比1∶0.8。右岸挡水坝共设2个坝段，总长38.22 m，最大坝高30 m，坝底顺水流向最大宽度22.78 m，上游面为垂直面，下游坝坡在高程1742 m以下坡比1∶0.6。

闸(坝)基础防渗型式采用全封闭混凝土防渗墙，防渗墙厚0.8 m，防渗墙最大深度约39 m。两岸岩石基础防渗采用灌浆帷幕，帷幕伸入弱透水岩体(吕荣值q<5)，左、右两岸灌浆平洞分别长20 m、40 m。

电站进水闸位于河床右岸，进口前缘与闸轴线呈104°59″52′夹角，紧邻冲沙闸上游布置。进水口拦污栅段设3孔，每孔口尺寸均为5.0 m×21.5 m(宽×高)，顶部设防漂墙，防漂墙底高程为1753 m，低于汛期运行水位1754 m，以防止漂浮物进入取水口。进水闸为一孔胸墙式平底闸，闸底板高程1736.5 m，孔口尺寸7.4 m×7.4 m(宽×高)，闸墩厚3 m，闸后与引水隧洞连接。

2.2 溢流坝方案

溢流坝方案首部枢纽总体布置格局与闸坝方案大致相同，不同之处是将3孔泄洪闸改成3个净宽8.5m的溢流堰，堰型采用WES实用堰，堰顶高程1744.1 m，堰顶设213弧形工作闸门和检修闸门各一道，门孔高13.9 m。坝下游采用斜坡护坦急流衔接的消能方式，设长70 m、厚度3 m的钢筋混凝土护坦，溢流坝表面和护坦表面浇筑厚度40 cm的C40HF抗冲耐磨混凝土。护坦下游接长35 m、厚3 m的钢筋混凝土海漫，海漫下游90 m范围的河床采用钢筋石笼进行防护。

2.3 方案比较结果

2.3.1 水力学特性比较

溢流坝方案闸门全开泄流时，由于坝前水位高于同等流量的闸坝方案的闸水位，反弧末端水流的弗氏数>闸坝方案弗氏数，下游消能任务更艰巨，本阶段分别对如下4种工况泄流进行了三维水力学计算。

工况1(非常运行工况)：天然来流为非常运行洪水Q=1980 m3/s时，3孔溢洪闸和1孔冲沙闸均全开。

工况2(正常运行工况Ⅰ)：天然来流为设计洪水Q=1530 m3/s时，3孔溢洪闸和1孔冲沙闸均全开。

工况3(正常运行工况Ⅱ)：天然来流为Q=1460 m3/s时，3孔溢洪闸和1孔冲沙闸均全开。

工况4(正常运行工况Ⅲ)：常年洪水天然来流为Q=742 m3/s，发电引用160.6 m3/s，库水位为正常运行水位1756 m时，3孔溢洪闸和1孔冲沙闸局开。

各工况下水流特性见表1。

表1 溢流坝、闸坝方案坝下泄水流特性比较表

从表1可见：① 两方案坝顶高程均由正常蓄水位+风浪高+安全超高控制，在正常运行与非常运行情况下，两方案均是安全的；② 在各种工况下，溢流坝方案最大流速均>闸坝方案最大流速，故溢流坝方案需要将护坦加厚；③ 两方案流态分布状况差别不大，但溢流坝方案流速>10 m/s区域及流速>7 m/s区域相对增长，故其保护范围向下游延伸。

2.3.2 工程量及投资比较

根据《水利水电工程工程量计算规定》(DL/T 5086-1999)[3]计算建筑工程量及投资比较，两方案建筑工程量及直接投资比较见表2。

与闸坝方案比较，溢流坝方案增加混凝土12 383 m3，减少钢筋129 t，增加覆盖层开挖20 136 m3，增加砂卵石回填5198 m3，增加钢筋石笼7435 m3，共增加投资约852.43万元。

表2 溢流坝、闸坝方案建筑工程量及直接投资比较表

2.3.3 金属结构设备及投资比较

与闸坝方案比较，溢流坝方案由于闸门承受荷载减小，闸门重量及启闭机容量减小。金属结构设备工程量减少371 t，减少投资762.55万元。两方案金属结构设备工程量及投资比较见表3。

表3 溢流坝、闸坝方案金属结构及其设备工程量及直接投资比较表

3 结 论

两方案的首部枢纽均布置有一孔低高程(1731 m)的冲沙闸，均可保证电站取水口“门前清”。根据水力学计算，两方案的泄洪能力均能满足需要。由于闸坝方案泄洪闸设置高程低，可以“溯源冲沙”，工程泥沙问题解决得彻底。而溢流坝方案，由于溢流堰设置高程高，泥沙淤积问题严重，存在大量悬移质进入取水口问题。从消能防冲方面比较，溢流坝坝后流速相对较大，高流速范围大，需加加厚护坦及下游防护区域。从工程量和投资比较，溢流坝方案建筑工程直接投资增加852.43万元，金属结构设备投资减少762.55万元，溢流坝方案净增加直接投资89.88万元。故，通过比较推荐闸坝方案。

[1] 中华人民共和国水利部．混凝土重力坝设计规范：SL 319-2005．北京：中国水利水电出版社，2005．

[2] 中华人民共和国水利部．水闸设计规范：SL 265-2016．北京：中国水利水电出版社，2016．

[3] 中华人民共和国电力工业部．水利水电工程工程量计算规定：DL/T 5086-1999．北京：中国水利水电出版社，1999．

曾建波(1989-),男，土家族，重庆石柱人，助理工程师，从事水利水电工程设计相关工作。E-mail:993884309@qq.com。

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2096-0506(2017)06-0077-04