老挝NT1电站泄洪系统布置研究

秦永涛，宋 慧，田 野

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津市 300222）

1 工程概述

NT1水电站位于老挝中部的Nam Theun河上，坝址距湄公河与Nam Theun河汇合处约33km，距首都万象约220km，坝址控制集水面积14070km2。

NT1水电站安装3台200MW的混流式水轮发电机组，总装机容量600MW，年利用小时3951h，多年平均发电量2371GWh。老挝地区雨季集中，汛期洪水流量大。NT1水电站主要特点为洪水流量巨大（PMF洪水流量34000m3/s），大坝采用面板堆石坝，最大坝高167m，泄洪及导流建筑物规模大，机组装机规模相对较小（由于上游跨流域引水，装机仅600MW），工程投资大，泄洪消能难度高。

2 可研阶段泄洪建筑物成果

NT1水电站可研阶段泄洪建筑物布置方式为：紧邻大坝右岸山脊分别布置5条岸边开敞式溢洪道、1条放空洞、4条导流洞（后期改建为非常泄洪洞）。

开敞式溢洪道布置在右岸坝肩缓坡地带，最大下泄流量为28000m3/s。溢洪道溢流堰采用开敞式WES型实用堰，溢流堰垂直水流方向的顶部总宽度为236.0m。控制段共分为15孔，单孔尺寸为12m×15m（宽×高），泄槽长约400m，出口采用挑流消能型式。

紧邻溢洪道右侧布置1条放空洞，为有压接无压洞，总长1142.31m。进水口采用岸塔式，出口采用挑流消能型式。放空洞不参与枢纽泄洪。

4条非常泄洪洞布置于放空洞右侧，全部由导流洞改建而成，采用有压竖井洞塞型式。进水口采用岸塔式，单条洞长约1100m，非常泄洪洞泄量共约4×1504m3/s。

上述方案的整个泄洪工程投资为233137.38 万元，占整个建筑工程投资的比例为51.86%，其中溢洪道133287.64万元，放空洞50220.99万元，4条非常泄洪洞改建费用49628.75万元。

为了降低工程投资，提高项目的经济指标，因此需要对工程进行优化设计，以便顺利推动项目实施。

3 泄洪建筑物布置方案研究

3.1 研究思路

NT1水电站工程施工期长，洪水流量大，布置有1～4号初期导流洞。导流洞如果在导流结束后能与永久工程相结合，则枢纽布置更加紧凑。利用大坝右岸现有地形布置非常溢洪道，研究采用非常溢洪道替代非常泄洪洞的可行性和经济性。论证放空洞参与泄洪及导流洞封堵期下游供水的可行性。

3.2 泄洪方式研究

主要从经济、技术方面针对导流洞后期改建为泄洪、放空设施进行研究。

（1）导流洞改建为非常泄洪洞方案研究。

将1～4号导流洞改建为4条非常泄洪洞，采用有压竖井洞塞消能型式。单条非常泄洪洞最大设计泄流量为1600m3/s。

经计算，1～4号导流洞改建为4条非常泄洪洞需直接投资49628万元。如果1～4号导流洞不改建为非常泄洪洞，由非常泄洪洞承担的6400m3/s下泄流量改由设置在岸边的非常溢洪道下泄，则非常溢洪道宽度需要27m。通过调整正常溢洪道的孔口尺寸，加大单宽泄量，调整溢洪道布置形式，在旁边布置一条非常溢洪道[1]，需增加直接投资约10044万元。

综上所述，在同样下泄6400m3/s 的情况下，1～4号导流洞改建为非常泄洪洞方案比加宽非常溢洪道方案增加直接投资约39584万元。为了降低工程造价，不采取导流洞改建为非常泄洪洞的方案。

（2）放空洞与4号导流洞相结合方案研究。

根据大坝检修要求，大坝检修时需要将库水位放空至240.00m高程，需要设置一条放空洞。放空洞主要功能为放空，兼作后期导流洞，和生态放水洞。

1～4号初期导流洞封堵后，放空洞作为后期导流洞过流，因此放空洞的进口底板高程及孔口尺寸受后期导流要求控制。

根据导流洞和放空洞的布置要求及地形地质条件，放空洞与导流洞研究以下三种结合方式：

a.采用旋流竖井消能方式与4号导流洞结合。

该结合方式存在以下问题：后期导流和放空期间的最大过流量为1400m3/s，进入涡室的水流最大流速为31m/s，其规模已远超过目前已实施的旋流竖井式泄洪洞；由于涡室尺寸及竖井高度限制，洞内水流条件难以满足旋流竖井消能的要求[2]。

b.采用洞塞消能方式与4号导流洞结合。

洞塞消能方式的前提条件是整个洞段为有压流。在后期导流及放空期间，放空洞的过流量变化较大，当过流量较少时，放空洞内无法满足有压流要求。

c.采用龙抬头型式与4号导流洞结合。

4号导流洞进口高程为145.00m，出口高程为139.00m，纵坡为i=0.004。放空洞采用龙抬头型式与4号导流洞结合，泄槽为洞内陡坡接缓坡。泄洪放空时，放空洞内最大流速约为30m/s，水流进入结合段时会产生洞内水跃，水流条件差。

三种结合方式都存在较大的水力学问题，而在后期导流期间，放空洞为唯一导流通道，对放空洞的过流可靠度要求很高[3]。故认为放空洞不宜与初期导流洞结合，为使放空洞得到充分的利用，放空洞在设计上除作为放空和后期导流外，还需参与泄洪。

4 泄洪建筑物布置新方案

4.1 泄洪建筑物布置方案选定

根据上述布置方案研究，最终确定泄洪建筑物由开敞式溢洪道和放空洞组成。开敞式溢洪道分为正常溢洪道和非常溢洪道，放空洞兼后期导流，并参与泄洪。4条初期导流洞不参与泄洪。

泄洪建筑物的泄量分配原则为，在设计洪水下（1000年一遇流量19800m3/s）采用正常溢洪道和放空洞泄洪，正常溢洪道泄量为17448.69m3/s，放空洞泄量为1397.35m3/s；在校核洪水下（10000年一遇流量23600m3/s）采用正常溢洪道、非常溢洪道和放空洞泄洪[4]，正常溢洪道泄量为15734m3/s，非常溢洪道泄量为6481m3/s，放空洞泄量为1385m3/s；在PMF（流量34000m3/s）洪水下采用正常溢洪道、非常溢洪道和放空洞泄洪，正常溢洪道泄量为21754m3/s，非常溢洪道泄量为10825m3/s，放空洞泄量为1421m3/s。PMF洪水泄洪建筑物有关参数对比见表1。

表1 PMF洪水泄洪建筑物有关参数对比表Table 1 Comparison parameters of PMF flood discharge buildings

4.2 溢洪道设计

开敞式溢洪道利用地形条件布置在右岸坝肩缓坡地带，由引水渠、控制段、泄槽段和出口消能段组成。非常溢洪道位于山内侧，靠近坝侧分别为1、2号正常溢洪道，布置方式见图1。

图1 溢洪道布置示意图Figure 1 Spillway layout

（1）引水渠。

引水渠段长150m，渠底板高程为263.00m，左侧（堆石坝侧）为重力式导墙与控制段相接。

（2）控制段。

控制段闸顶高程为297.00m，横水流向顶部总宽度172.5m。其中正常溢洪道6孔，非常溢洪道3孔，孔口尺寸均14.0m×21m（宽×高），正常溢洪道控制段顺水流长度40.0m，设有平板检修闸门和弧形工作门各一道。非常溢洪道控制段顺水流长度20.0m，考虑到经济性和使用频率，只设一道平板工作闸门。控制段堰体和闸墩两侧采用0.4m厚C40抗冲磨混凝土进行保护。

（3）泄槽段。

溢洪道泄槽为明槽，正常溢洪道分为两个单独泄槽。为使水流顺利挑入河槽，1号泄槽采用变坡形式，桩号0+000.00m～0+175.00m段底板坡度为i=0.13，0+198.25m～0+310.00段底板坡度为i=0.40，两段中间采用抛物线连接，泄槽平面长度为310.00m；2号泄槽采用一坡到底的型式，底板坡度为i=0.13，平面长度为345.00m。1、2号泄槽边墙宽度均为2.5m，底板厚度为2.0m。泄槽底板及两侧边墙采用0.4m厚C40抗冲磨混凝土进行保护。同时为保证泄槽底板稳定，对底板基础进行固结灌浆处理，设置反滤排水层，底板设置锚筋与基础连接。

非常溢洪道单独为一个泄槽，为降低工程投资非常溢洪道仅底板采用0.5m厚C25混凝土衬砌。为防止非常溢洪道运行时底板破坏对正常溢洪道底板及边墙造成影响，非常溢洪道底板高度比正常溢洪道底板高1.5m。

（4）出口消能段。

正常溢洪道出口采用挑流消能方式，采用等宽挑坎，挑坎长度为40m，挑坎及两侧边墙采用0.4m厚C40抗冲磨混凝土进行保护。非常溢洪道出口不设置消能设施。

（5）岸坡防护。

为了避免小泄量时对溢洪道挑坎出口下方山体的冲刷，对溢洪道挑坎下方的山体进行局部开挖和C20混凝土贴坡保护处理。同时对溢洪道出口对岸500m范围内的山体进行C20混凝土贴坡保护处理，以防止泄洪雾化对溢洪道出口对岸山体的破坏。

4.3 放空洞设计

放空洞单独布置于4号导流洞右侧，为有压接无压洞形式，由进水口、有压洞、工作闸门室、无压洞、明泄槽、挑流鼻坎组成，总长1038m。放空洞形式见图2。

图2 放空洞（兼后期导流洞、泄洪洞）Figure 2 Emptying tunnel（diversion tunnel，flood discharging tunnel）

（1）进口布置。

放空洞进口位于大坝上游右岸的山坡上，距坝轴线约350m。进口采用岸塔式进水口，顺水流方向长20m，宽20m，塔高97m。进口内设事故平板闸门，孔口尺寸为7.4m×8.5m（宽×高）。

（2）洞身布置及结构设计。

放空洞进口后接圆形有压洞，内径8.5m，长446.88m，纵坡为i=0.0045。隧洞采用C40抗冲磨钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度1.0m。

有压洞后接工作闸门室。工作闸门室布置于大坝轴线下游约10m处。工作闸门室底部流道顺水流方向长35.00m，宽13.50m，上部顺水流方向长15.5m，宽18.5m。闸室净高53.0m。 闸室内设弧形工作闸门，孔口尺寸为6.5m×7.5m（宽×高）。工作闸门室后接无压洞。

无压洞长616.56m，纵坡为i=0.0577，洞身断面为圆拱直墙型，内断面宽7.9m，高11m。无压洞过水断面采用C40抗冲磨钢筋混凝土衬砌，其余部位采用C25钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度1.0m。无压洞后接明泄槽。

明泄槽长74.83m，纵坡为i=0.0577。明泄槽采用矩形断面，宽7.9m，高10m。放空洞出口采用挑流消能。明泄槽及挑坎底部设置插筋并进行固结灌浆。

4.4 新方案的经济合理性

通过加深溢洪道孔口高度，调整溢洪道进口数量，增加非常溢洪道，缩短非常溢洪道进口段长度，调整底板衬砌以及“三洞合一”增加放空洞功能等措施，泄洪建筑物投资由原方案的 233137.38 万元，降低到164682万元。

5 结束语

因地制宜，通过临时建筑物和永久建筑物相结合，合理分配泄量，放空洞兼后期导流洞并参与泄洪，设置坝旁非常溢洪道等措施使NT1水电站泄洪建筑物设置更为合理，经济性更佳。泄洪建筑物占整个工程直接投资的比例降低到了36%，且该方案已经通过了项目所在国家能源部的审查。