大藤峡水利枢纽总体布置研究

王常义，黄 俊，张殿双

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，130021，长春）

一、项目概况

大藤峡水利枢纽位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峡峡谷出口，地属广西桂平市，是红水河水电梯级开发的第十个梯级，坝址下距桂平市彩虹桥6.6 km。 坝址控制流域面积19.86 万km2，占西江流域面积的56%。

大藤峡工程任务是以防洪、航运、发电和水资源配置为主，结合灌溉等综合利用。 水库正常蓄水位61.00 m， 汛期限制水位及死水位47.60 m。水库总库容34.79 亿m3，防洪库容15 亿m3， 完全设置于正常蓄水位以下。 船闸规模为3 000 t 级，年过闸货运量可达5 189 万t。 电站装机容量1 600 MW，8 台机组，多年平均发电量60.55 亿kWh，保证出力366.9 MW。

大藤峡位于黔江末端，控制流域面积占西江下游及三角洲防洪控制断面梧州水文站以上流域面积的近60%，与龙滩水库联合调节，能有效解决西江中下游及三角洲地区的防洪问题。 黔江航道是西南水运出海中线和北线共用通道，工程可改善黔江航道通航条件，结合航道整治和疏浚等措施， 可使3 000 t 级船舶直达柳州和来宾， 是实现广西黄金水道的关键节点。电站充分利用梯级水能资源，为广西电网提供清洁能源， 作为广西电力系统的支撑电源， 承担电网的发电和调峰任务。工程区位优势明显，能有效利用龙滩下游区间枯水期雨洪资源，高效地调配流域水资源， 保障西江下游及珠江三角洲地区的供水安全。

二、项目设计历程

从1959 年提出大藤峡水利枢纽的轮廓性规划起至今，不同阶段随着工程任务的不断调整，针对大藤峡工程枢纽布置开展了大量的勘察设计工作。1980 年广西壮族自治区水利电力规划小组办公室编制的《红水河综合利用规划报告》规划大藤峡设置防洪库容10 亿m3， 东北勘测设计院在此基础上于1982 年完成了 《大藤峡水电站选坝报告》。 1990 年完成的可研报告， 防洪库容调整为20 亿m3，同时结合船闸布置对坝址做了进一步调整，选定坝址距峡谷出口600 m处，推荐两岸厂房、左岸船闸方案。黔江主坝采用混凝土闸坝， 南木江副坝为土石坝，电站装机容量1 200 MW，7 台机组，左岸3 台，右岸4 台。船闸规模为1 000 t 级，闸室有效尺度190 m×23 m×4.0 m（有效长度×宽×槛上水深）。

1998 年长江、松花江和珠江发生特大洪水以后，水利部组织开展了全国七大江河防洪规划，根据流域防洪实际情况及发电、 航运各部门的要求，对大藤峡的防洪库容进行了重新论证。2001 年重新启动了项目建议书的编制工作，围绕防洪库容规模与淹没范围进行多方案研究，综合选定15亿m3防洪库容并全部设置在正常蓄水位以下。 随着航运条件的不断改善， 内河航运发展迅速，2007 年广西内河水运发展规划提出打通西江中线、北线航运通道，打造西江航运黄金水道， 将红水河来宾～桂平航段提升至二级航道，大藤峡船闸规模提高至2 000 t 级，相应闸室有效尺度提高至250 m×23 m×5.0 m（有效长度×宽×槛上水深），同时电站装机容量由1 200 MW 增至1 600 MW。 受其影响重新对坝址进行比选，在峡谷出口段2.5 km 范围内拟定了3 个坝址进行比选。 推荐坝址位于1990 年选定坝址下游约1.5km 处。2011 年开展可行性研究，广西航运部门进一步提出大藤峡船闸按照3 000 t 级标准建设，闸室有效尺度最终调增至280 m×34 m×5.8 m（有效长度×宽×槛上水深）。2015年工程初步设计获批并开工建设。

三、自然条件

枢纽位于西江水系黔江河段大藤峡峡谷出口， 地处低纬度地带，属亚热带季风气候区。 夏季高温湿热，暴雨频繁， 秋季常受台风入侵影响。流域平均雨量为1 400 mm，雨量年内分配不均，多集中于4—8 月，约占总量的70%。 年降水日数一般为160～180 天。 枢纽地区多年平均气温21.5℃。多年平均蒸发量1 322 mm。坝址多年平均流量为4 240 m3/s， 汛期5—10 月水量占全年的80%以上。 流域洪水由暴雨形成，较大洪水一般每年的4 月开始，至10 月结束，5—9 月是暴雨洪水的多发季节，特大暴雨洪水主要发生在6、7 两月。 洪水的主要特点是峰高量大历时长， 峰型较肥胖，洪峰持续时间长。 一次完整的洪水过程约30 天，7 天洪量约占30 天洪量的30%～50%。

黔江在大藤峡峡谷靠近出口段河道由南西转向南东， 出口段长约2.5 km， 是从高山过渡到桂平盆地的丘陵地带，河道相对顺直，河谷为复式断面，主河床靠近右岸。 右岸为低山丘陵，高程一般为80～110 m。 左岸为较宽阔的Ⅰ级阶地， 高程一般为41～43 m，阶地外侧为低缓残丘，上游段约1.5 km 高程一般为65～90 m，下游段左岸Ⅰ级阶地变宽，外侧地势变缓，高程一般为50～70 m。河道底高程在10～22 m，最低高程-6 m，主河床宽200 m， 左岸有200 m 左右的岩石漫滩， 高程22～30 m， 枯水期水面宽约400 m。 峡谷口左岸支流南木江是一条时令河，洪水期黔江水经南木江进入浔江，全长约34 km。

峡谷出口河段范围主要出露的基岩岩层为泥盆系下统莲花山组和那高岭组，岩性包括细砂岩、含泥细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩等5种。 基础岩层层理较发育，受弩滩褶曲影响， 上游段岩层产状变化较大，下游段岩层产状基本稳定。 左岸下游段局部出露郁江阶下段灰岩，与河床斜交。 可研阶段结合枢纽布置在出口段拟定两个坝址， 上坝址距出口770 m，上、下坝址相距1.08 km，

四、坝址及坝轴线选择

针对拟定的上、 下两个坝址，采用等效益比较法进行比选，上下坝址正常蓄水位及装机容量保持不变，仅计入电量的差异。 影响坝址的主要因素是地质和地形条件。 上坝址靠近峡谷出口，河谷宽度较窄，左岸船闸上游引航道进入峡谷口， 水流条件较差，开挖量较大。 受弩滩向斜构造影响，岩层倾角较缓，产状变化大，坝基抗滑稳定性差， 需采取设深齿坎、抗滑桩和预应力锚索等综合措施。 下坝址河谷较宽阔， 枢纽布置相对灵活。但左岸山体局部地形不足，需增设副坝。 下坝址构造不发育，多为单斜岩层，岩层倾角相对较陡，岩体完整性、透水性能、抗滑稳定性较好；船闸上游引航道水流条件明显改善，船闸闸室和下引航道部分基础为岩溶较发育的灰岩，需要加强处理。 综合考虑枢纽布置、施工条件、发电效益、水库淹没及工程投资等因素，选定下坝址为推荐坝址。

初设阶段依据地形地质条件，结合枢纽建筑物布置，在下坝址附近拟定了上、中、下3 条坝线进行比选。 上坝线选在距右岸塌滑体下游侧边缘不小于200 m 位置， 距中坝线120 m处， 下坝线选在峡谷出口段末端，距中坝线约90～150 m。各坝线枢纽布置基本相同，3 条坝线右岸均为那高岭组泥岩与砂岩互层结构， 地质构造、软弱夹层发育程度相差不大。 上坝线左岸基本避开了强烈溶蚀灰岩，河谷相对狭窄，受建筑物布置限制，开挖量较多，同时为满足通航需要，引航道上游口门区需开挖峡谷口左岸山体；下坝线地形开阔，有利于建筑物布置， 但岩溶发育的D1y1-3层灰岩沿坝线分布350 m，分布范围广，相对隔水层埋深大，岩溶问题突出。 中坝线地形相对适中， 岩溶发育的D1y1-3层灰岩主要位于船闸上闸首，范围有限。就地形地质条件而言，中坝线略优。

上坝线河谷相对较窄，左岸厂房及上下游引渠开挖量较大，船闸上引航道通航水流条件较差，预留二线船闸布置难度大。 上游受右岸塌滑体处理影响，鱼道布置较困难，但岩溶分布面积小，基础处理量较小。 中坝线河谷比上坝线宽阔，枢纽布置相对合理， 船闸上游引航道避开峡谷出口，水流条件较好，各建筑物总的开挖量最小， 但上闸首部分基础岩溶发育，增加一定的基础处理量。 下坝线河谷宽阔，利于枢纽布置，船闸上引航道布置相对宽松， 通航水流条件好，鱼道布置比较顺畅，开挖总量略大于中坝线， 且下坝线岩溶分布范围广，建筑物基础处理量较大。 从枢纽布置方面来看，中、下坝线略好。

3 条坝线施工均采用两期导流，一期导流上、 中坝线过流条件相同，均需要对右岸岸坡进行局部扩挖，下坝线由于主河床与左岸岩石漫滩高差减小，为满足纵向围堰施工，纵向围堰轴线向左岸偏移36 m，右岸岸坡不需要扩挖。 二期导流上坝线左岸明渠上游侧岸坡地势较高，明渠开挖量最大。

中坝线的投资最低，比上坝线少1.10 亿元，比下坝线少2.25 亿元。

综合地形地质条件、 枢纽布置、施工及工程投资等方面比选结论，推荐中坝线为选定坝线。

五、枢纽布置研究

1.厂房布置研究

坝址处河谷宽浅， 宽高比为18左右， 洪水峰高量大、 洪峰持续时间长，20 年一遇洪峰流量达43 200 m3/s，结合地形条件及施工期通航要求，工程需分期导流，一期应完成船闸及二期导流所需的泄流设施。 就总体布置而言，厂房单侧集中布置紧凑合理便于管理，但受施工导流限制只能布置在二期，由于施工期长，厂房集中布置施工期不具备提前发电条件，电能损失较大。 结合分期导流拟定左、右岸厂房集中布置及两岸分设3 个方案进行厂房位置比选。

右岸厂房方案：8 台机组布置在右岸主河床， 安装间布置在厂房两侧， 左侧安装间下布置3 个底孔，21孔泄水闸（3 个高孔，18 个低孔）布置在纵向围堰左侧河漫滩上。 单级船闸布置在左岸。该方案施工导流分两期，一期工程围左岸，施工左岸船闸、泄水闸坝段，二期利用已建泄水闸泄流，进行右岸厂房坝段、挡水坝段的施工。工程总工期117 个月， 一期工程59 个月，首台机组发电工期96 个月。

两岸厂房方案：22 孔泄水闸布置在河床中部，纵向围堰右侧为6 个低孔，左侧为3 个高孔和13 个低孔，单级船闸布置在左岸。 厂房分设两岸，左岸布置3 台机组，右岸布置5 台机组。 施工导流分两期，一期工程先围左岸，利用右岸主河床过流，进行泄水闸、船闸、左岸厂房的施工。 二期工程围右岸，利用一期建成的泄水闸及二期围堰挡水发电及泄流，进行右岸厂房、右岸泄水闸的施工。总工期108个月，一期工程59 个月，首台机组发电工期62 个月。

左岸厂房方案：8 台机组布置在主河床靠左侧，安装间布置在厂房两侧， 右侧安装间下布置3 个底孔，21孔泄水闸（3 个高孔，18 个低孔）布置在纵向围堰右侧，单级船闸布置在左岸。 施工导流分两期，一期工程先围右岸， 在左岸滩地处开挖明渠过流。进行右岸挡水坝段、 泄水闸坝段施工， 左岸船闸位于左岸自然高地，不需要围堰保护施工。 二期利用已建泄水闸泄流，进行右岸厂房的施工。 工程总工期117 个月， 一期工程59 个月，首台机组发电工期96 个月。

经综合比选，推荐两岸厂房布置方案。

2.船闸布置研究

坝址所在黔江河段位于西南水运出海通道北线和中线的共用通道，可研阶段，广西提出打造西江航运黄金水道，将船闸规模由2 000 t 级提高到3 000 t 级，闸室有效尺度由250 m×23 m×5.0 m 增至280 m×34 m×5.8 m，枢纽河段航道标准提高至二级，考虑坝址下游河道整治，船闸设计水头达40.25 m。按照规范要求设计水头超过40.00 m 采用两级或多级船闸。 若采用单级船闸，船闸一次充泄水量达42万m3，下闸首人字门将高达47 m。

根据航运发展规划， 船闸设计水平年2040 年过闸货运量为4 513 万t，采用单级船闸能够满足货运量需求。采用两级连续式船闸，船舶过闸时间长，通过能力小，为满足货运量要求，同时考虑枢纽所处位置，需设置双线船闸。三峡船闸总设计水头113 m，采用双线五级连续式船闸，中间阀门段设计水头达45.2 m，#1～#4 闸首人字门高38 m，建成后运行良好。 近年来国内外针对高水头船闸重点研究设中间运河的多级船闸型式，该型式具有通过能力较大、利于解决船闸水力学问题并降低闸门及启闭技术难度的特点。 巴西图库鲁伊采用设中间运河的两级船闸，总设计水头71.5 m，#2 船闸（下游船闸）设计水头35 m，下闸首人字门高度42.5 m。

制约高水头大型船闸的关键是船闸水力学及闸门和启闭机技术，结合国内外高水头船闸实践及研究成果，通过对比分析，采用单级船闸基本可行。围绕单级船闸水头超过40 m存在的技术难点，以及双级船闸如何组合，成为影响枢纽布置及坝址选择的主要因素。

坝址上游峡谷出口左岸有支流南木江，穿越二阶台地，向东南至江口镇汇入浔江，全长33 km。 南木江河道宽约120 m，两岸为陡坎，经过整治能够满足船舶通行，可补充黔江双级连续船闸存在的货运量不足问题，在南木江河段修建船闸最大优点是与枢纽施工干扰小。

综合上述因素，重点进行了左岸单级船闸、 左岸双级船闸连续布置+南木江船闸、左岸设中间运河双级船闸3 个方案的比选工作。

左岸单级船闸方案：枢纽建筑物由黔江主坝、副坝、南木江副坝组成。南木江副坝设2 孔泄水闸。 单级船闸布置在主坝左岸，22 孔泄水闸布置在河床中部纵向围堰坝段两侧，右侧为6 个泄水低孔， 左侧为3 个泄水高孔和13 个泄水低孔。 厂房两岸分设，左岸布置3 台机组，右岸布置5 台机组。船闸由上游引航道、 闸室段及下游引航道组成， 船闸线路总长3 497 m。上游引航道长1 215 m，下游引航道长1 897 m， 闸室有效尺度为280 m×34 m×5.8 m （有效长度×有效宽度×门槛水深）。 上、下游引航道底宽75 m，口门区宽115 m，上、下游引航道底高程分别为39.20 m 和14.95 m。 下闸首人字门高度为47 m。

图1 推荐方案枢纽平面布置图

左岸双级船闸连续布置+南木江船闸方案：双级连续船闸布置在主坝左岸，泄水闸及厂房布置与单级船闸方案相同，南木江副坝仍设2 孔泄水闸。 在南木江进出口各设1 座单级船闸， 对26 km 河道进行整治。 闸室有效尺度为200 m×23 m×5 m （有效长度×有效宽度×门槛水深）， 河道通航水位为34～35m。

左岸设中间运河双级船闸方案：利用左岸阶地比较平缓，适于开挖运河的天然地形条件，在主坝左侧及下游临近河道侧布置两级船闸，中间通过运河连接，上游船闸及引航道从南木江副坝及黔江副坝之间的低缓残丘中通过，运河布置在阶地，下游船闸在坝下3.5 km 经下游引航道汇入黔江航道。两个船闸有效尺度为280 m×34 m×5.8 m（有效长度×有效宽度×门槛水深），中间运河长3 639 m，宽90～110 m，通航水位为39.81～41.89 m。

采用双级连续式船闸，降低了下游闸首闸门的工作水头，利用南木江船闸满足货运量需求，对枢纽工程无施工干扰，且具备提前施工条件。 但工程量明显偏大。 设中间运河方案，避免了单级船闸的技术难题，船闸与主坝分开布置，主坝各建筑物布置灵活，一级船闸开挖边坡稳定性优于单级船闸。 但中间运河的水力学问题复杂，二级船闸位于可溶岩范围，基础处理工程量较大。 单级船闸水头高单次充泄水体积大，输水系统水力学问题突出， 下闸首的人字门高47 m，设计、施工难度大。 单级船闸工程占地少903 亩， 征地移民补偿投资低，总投资比双级方案节省7 789 万元。

综合比较，推荐左岸单级船闸集中布置方案。

3.推荐枢纽布置方案

枢纽工程由黔江主坝、黔江副坝和南木江副坝组成。 黔江主坝布置有电站厂房、泄水闸、船闸、鱼道及重力坝段，单级船闸布置在左岸，河床式厂房两岸分设， 左岸布置3 台机组，右岸布置5 台机组，26 孔泄水闸（2个高孔和24 个低孔） 布置在河床中部纵向围堰坝段两侧，鱼道靠右岸布置。 黔江副坝位于黔江左岸，采用黏土心墙石渣坝。 南木江副坝由黏土心墙石渣坝和混凝土重力坝组成，灌溉取水口、生态泄水口及南木江鱼道过鱼口布置在混凝土坝段上。 施工导流分两期，一期围左岸，二期围右岸，利用围堰挡水发电，工程建设总工期为9 年。 推荐方案枢纽布置见图1。

六、结 论

大藤峡工程的防洪、通航、发电规模是依据区域发展规划经过多年调整完善确定的，枢纽总体布局也进行了多次补充完善。 在各阶段大量勘察、设计及科研工作的基础上，通过多方案比选确定了坝址及坝线。初设阶段结合地形地质条件，在满足下游防洪功能并尽量较少淹没的前提下， 通过规避岩溶不良地质条件、提高初期发电效益、降低施工导流及施工期通航风险并充分考虑预留二线船闸位置等方面， 对船闸及厂房进行多方案技术经济比选，推荐泄水闸居中、厂房两岸分设、单级船闸集中布置的总体布置方案。 针对工程技术难点开展科研攻关， 较好地解决了制约枢纽布置的不利因素。 工程于2015 年开工，2019 年10 月实现大江截流，目前左岸泄水闸厂房及船闸已初具规模，达到了预期效果。