崔 瑞

(遼寧水利職業(yè)學(xué)院，沈陽(yáng) 110122)

三灣水利樞紐工程總體布置方案比選

崔 瑞

(遼寧水利職業(yè)學(xué)院，沈陽(yáng) 110122)

三灣水利樞紐及輸水工程是以城市供水為主，兼顧發(fā)電，并為丹東市供水提供安全保障的大型綜合利用水利工程。根據(jù)電站壩段的不同布置選擇了兩種樞紐總體布置方案進(jìn)行綜合比較，從技術(shù)角度看均是可行的，因I方案工程靜態(tài)投資相對(duì)較低，因此本階段暫推薦I方案為本工程的工程總布置方案，為工程建設(shè)提供施工基礎(chǔ)和技術(shù)保障。

水利；樞紐；布置；比選

1 工程概況

三灣水利樞紐及輸水工程是以城市供水為主，兼顧發(fā)電，并為丹東市供水提供安全保障的大型綜合利用水利工程，工程由水庫(kù)樞紐工程、輸水工程和凈水廠3部分組成。主要承擔(dān)向丹東市供水的任務(wù)，水庫(kù)最大庫(kù)容為1.27億 m3，水庫(kù)建成后2025年向丹東市年供水2.05億 m3。

丹東市為地級(jí)城市，城區(qū)總?cè)丝?6萬(wàn)人，屬大型城市。三灣水利樞紐工程建成后將改變丹東市鴨綠江水源供水單一的狀況，對(duì)保證丹東市的供水安全具有無(wú)可替代的重要作用。

2 洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》、SL252—2000《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定，按山區(qū)、丘陵區(qū)確定水庫(kù)水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)如下：

2.1 主要建筑物

擋水壩、泄洪閘、電站廠房的擋水部分按100a一遇洪水設(shè)計(jì)、1000a一遇洪水校核；電站廠房的非擋水部分按50a一遇洪水設(shè)計(jì)，200a一遇洪水校核；取水泵站按供水工程確定洪水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)其對(duì)丹東市供水的重要程度宜取高限，確定設(shè)計(jì)洪水為50a一遇，校核洪水為200a一遇。

2.2 次要建筑物

消力池、導(dǎo)流墻按 50a一遇洪水設(shè)計(jì)。

2.3 其他次要建筑物

攔砂坎、變電站、庫(kù)內(nèi)碼頭等按50a一遇洪水設(shè)計(jì)，200a一遇洪水校核。

3 主要建筑物級(jí)別

3.1 水庫(kù)樞紐工程主要建筑物

擋水壩段、取水壩段、泄洪閘、電站廠房的上游擋水部分、取水泵站為2級(jí)建筑物，電站廠房的非擋水部分為3級(jí)建筑物[1]。

3.2 次要建筑物

消能防沖建筑物、導(dǎo)流墻、攔砂坎、副廠房、變電站等為3級(jí)建筑物。臨時(shí)性水工建筑物為4級(jí)建筑物。

4 建筑物的組成

本工程的主要任務(wù)是為城市供水，兼顧發(fā)電，因此要求本工程必須具有的建筑物包括擋水建筑物、泄洪建筑物、城市供水引水建筑物以及發(fā)電建筑物等。

另外，根據(jù)環(huán)保部門(mén)的要求，為保護(hù)洄游魚(yú)類(lèi)，還必須布置過(guò)魚(yú)建筑物，同時(shí)還應(yīng)結(jié)合工程布置滿(mǎn)足下游環(huán)境用水要求。

1)擋水建筑物為混凝土重力壩，布置在大壩的兩側(cè)。

2)泄洪建筑物的主壩壩型已選定混凝土重力壩，由于河床較寬，有足夠的寬度布置泄洪建筑物，因此泄洪建筑物應(yīng)布置在主河床上。

由于本工程的主要任務(wù)是城市供水，不承擔(dān)防洪任務(wù)，因此樞紐的規(guī)模根據(jù)興利要求確定，根據(jù)利水調(diào)節(jié)成果，本工程的所需的興利庫(kù)容不大，正常高水位 20.5m即可滿(mǎn)足興利要求，同時(shí)根據(jù)洪水資料，愛(ài)河汛期洪峰量值較高，100a一遇洪水(設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn))洪峰流量為19000m3/s，1000a一遇洪水洪峰流量(校核洪水標(biāo)準(zhǔn))為27700m3/s，需要較大的行洪斷面，為節(jié)約投資，盡量降低壩高，泄洪建筑物的底坎高程應(yīng)盡量降低，以增大泄洪能力，因此泄洪建筑物型式選定為底板高程較低的鋼筋混凝土泄洪閘型式。

3)本工程發(fā)電建筑物水電站廠房的型式為普通河床式廠房，廠房本身是擋水建筑物的一部分，廠壩結(jié)構(gòu)在河床上銜接為一體。

電站廠房布置兩個(gè)壩段，總長(zhǎng)為54.74m，上、下游總寬度為38.60m，主廠房安裝兩臺(tái)大機(jī)和1臺(tái)小機(jī)燈泡貫流式機(jī)組。副廠房布置電站壩段后，布置有中控室、電工實(shí)驗(yàn)室、通訊室等。升壓站設(shè)兩臺(tái)主變壓器，布置在左側(cè)上壩公路的山坡上。

4)因本工程的主壩壩型已選定混凝土重力壩，本著經(jīng)濟(jì)和便于管理的原則，引水建筑物因盡量在重力壩上布置，由于主河床較寬，布置完泄洪閘、電站和魚(yú)道后，還有足夠的位置布置引水壩段，因此本次設(shè)計(jì)引水建筑物型式選用壩體引水口型式。

由于引水壩段的進(jìn)水口底高程較低，為提高引水質(zhì)量、降低進(jìn)水口前泥沙淤積高程，引水壩段宜緊鄰有較低高程泄水或引水建筑物布置，在本工程中，電站壩段和泄洪閘的進(jìn)口底高程均較低，所以引水壩段宜緊鄰泄洪閘或電站壩段布置。

同時(shí)，由于供水管線布置在右岸，為節(jié)約管線的投資，引水壩段宜布置在右岸。

5)目前我國(guó)魚(yú)道設(shè)計(jì)研究資料較少，根據(jù)國(guó)外已建工程經(jīng)驗(yàn)，魚(yú)道形式主要有3種類(lèi)型，即平面式魚(yú)道、導(dǎo)墻式魚(yú)道和梯級(jí)式(臺(tái)階式)魚(yú)道[2]。

平面式魚(yú)道是較早的魚(yú)道形式，類(lèi)似于水渠，有直線型、彎曲型等，魚(yú)道流速較大，適用于游泳能力較強(qiáng)的洄游魚(yú)類(lèi)。

導(dǎo)墻式魚(yú)道即在魚(yú)道水渠中設(shè)置橫隔水墻(導(dǎo)墻)以減緩水流的流速，導(dǎo)墻的形狀、間距、突出方向多種多樣，有直角導(dǎo)墻、斜角導(dǎo)墻和復(fù)式導(dǎo)墻等。

導(dǎo)墻的橫斷面一般為長(zhǎng)方形，可減少由于狹窄過(guò)水而產(chǎn)生的渦流。導(dǎo)墻式魚(yú)道為目前較為普遍采用的形式。

梯級(jí)式魚(yú)道又稱(chēng)水池梯級(jí)式魚(yú)道，在平面水渠內(nèi)設(shè)置控制水的隔墻，在減小坡度的同時(shí)可形成一個(gè)個(gè)相連的水池，并產(chǎn)生溢流，魚(yú)道以斜坡形式延伸，魚(yú)道的隔墻形狀較多，可在隔墻頂部和底部同時(shí)開(kāi)孔，上部水流較急，下部水流較緩，可適應(yīng)多種魚(yú)類(lèi)[3]。

考慮本河段各種魚(yú)類(lèi)生物學(xué)特點(diǎn)，采用導(dǎo)墻式魚(yú)道。因本工程的主壩壩型已選定混凝土重力壩，為節(jié)約投資，將魚(yú)道布置在混凝土壩上，設(shè)置一個(gè)魚(yú)道壩段。

魚(yú)道入口必須布置在易為魚(yú)類(lèi)所發(fā)現(xiàn)且有利于魚(yú)類(lèi)集結(jié)的地方，魚(yú)道入口的誘魚(yú)能力與它在壩上所處的位置和水力學(xué)條件(流速、流量、流態(tài)等)密切相關(guān)，近年來(lái)都將入口布置在電站尾水附近，利用電站泄水誘魚(yú)。因此本工程魚(yú)道壩段緊鄰電站壩段布置[4]。

5 樞紐總體布置比較及選擇

本工程擋水建筑物、泄洪建筑物、城市供水引水建筑物及泵站的布置都已明確，過(guò)魚(yú)建筑物應(yīng)緊鄰電站壩段布置，而電站壩段布置在左、右岸均可，需進(jìn)行比較，因此根據(jù)電站壩段的不同布置選擇了2種樞紐總體布置方案進(jìn)行綜合比較：電站布置在左岸方案、電站布置在右岸方案[5]。

5.1 電站布置在左岸方案

主要建筑物沿壩軸線按直線型布置，壩頂長(zhǎng)545.36m，共分為34個(gè)壩段。自左岸開(kāi)始，1～3#壩段為左岸擋水壩段，均為岸坡壩段，總寬39.0m；4#、5#壩段為電站壩段，位于主河槽處，為河床式電站，布置兩臺(tái)大機(jī)組和1臺(tái)小機(jī)組，二壩段寬36.36m，廠房布置在壩后，在電站壩段以左上游側(cè)設(shè)攔砂坎，下游尾渠直對(duì)主河道；6#壩段為魚(yú)道壩段，為導(dǎo)墻式魚(yú)道，壩段寬13.50m；魚(yú)道壩段的右側(cè)，7～26#壩段為泄洪閘，泄洪閘位于主河床上，共布置19孔，單孔凈寬14.0m，溢流總凈寬為266.0m，共分為20個(gè)壩段，總寬度為326.0m；緊鄰泄洪閘右側(cè)的27#壩段為城市供水引水壩段，設(shè)置3個(gè)城市供水引水口，其中一個(gè)兼做下游環(huán)境用水供水口，壩段寬16.0m，取水泵站設(shè)在右岸壩下；引水壩段右側(cè)28～34#壩段為右岸擋水壩段，總寬度為115.0m；擋水壩段右側(cè)的山坡內(nèi)設(shè)置22.0m長(zhǎng)的混凝土刺墻；升壓站設(shè)在左側(cè)上壩公路的山坡上；下游兩岸各設(shè)一條上壩公路，公路延伸至下游愛(ài)河大橋；管理局布置在右岸下游的山坡上[6]。

5.2 電站布置在右岸方案

主要建筑物沿壩軸線按直線型布置，壩頂長(zhǎng)545.36m，共分為34個(gè)壩段。自左岸開(kāi)始，1～3#壩段為左岸擋水壩段，均為岸坡壩段，總寬39.0m；4～23#壩段為泄洪閘，泄洪閘位于主河床上，共布置19孔，單孔凈寬14.0m，溢流總凈寬為266.0m，共分為20個(gè)壩段，總寬度為326.0m；泄洪閘右側(cè)24#壩段為魚(yú)道壩段，為導(dǎo)墻式魚(yú)道，壩段寬13.50m；魚(yú)道壩段右側(cè)的25#、26#壩段為電站壩段，為河床式電站，布置兩臺(tái)大機(jī)組和1臺(tái)小機(jī)組，二壩段寬36.36m，廠房布置在壩后，在電站壩段以右上游側(cè)設(shè)攔砂坎，下游設(shè)長(zhǎng)尾渠將發(fā)電尾水送入主河道；緊鄰電站壩段右側(cè)的27#壩段為城市供水引水壩段，設(shè)置3個(gè)城市供水引水口，其中一個(gè)兼做下游環(huán)境用水供水口，壩段寬16.0m，取水泵站及升壓站均設(shè)在右岸壩下；引水壩段右側(cè)28～34#壩段為右岸擋水壩段，總寬度為115.0m；擋水壩段右側(cè)的山坡內(nèi)設(shè)置22.0m長(zhǎng)的混凝土刺墻；下游兩岸各設(shè)一條上壩公路，公路延伸至下游愛(ài)河大橋；管理局布置在右岸下游的山坡上[7]。

5.3 方案工程量、投資對(duì)比

根據(jù)兩方案的工程總體布置及各建筑物的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算出了兩方案的主要工程量：

5.3.1 電站布置在左岸方案

土方開(kāi)挖26.03萬(wàn) m3，石方開(kāi)挖6.71萬(wàn) m3，土石方回填11.23萬(wàn) m3，混凝土21.74萬(wàn) m3，鋼筋5219t。

5.3.2 電站布置在右岸方案

土方開(kāi)挖35.93萬(wàn) m3，石方開(kāi)挖6.1萬(wàn) m3，土石方回填12.43萬(wàn) m3，混凝土22.49萬(wàn) m3，鋼筋5269t。

5.3.3 投資對(duì)比

電站布置在左岸方案建筑工程投資15832萬(wàn)元，工程靜態(tài)投資53051萬(wàn)元。電站布置在右岸方案建筑工程投資16457萬(wàn)元，工程靜態(tài)投資53888萬(wàn)元。

5.4 方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

5.4.1 電站布置在左岸方案優(yōu)點(diǎn)

1)工程造價(jià)較低。

2)電站布置在主河槽處，地面高程較低，尾水渠與下游河道連接順暢，開(kāi)挖量較小。

3)工程永久占地面積稍少。

5.4.2 電站布置在左岸缺點(diǎn)

電站廠房與泵站分別設(shè)置在泄洪閘的兩側(cè)，管理稍顯不便。

5.4.3 電站布置在右岸方案優(yōu)點(diǎn)

電站廠房與泵站集中布置在右岸壩下的平臺(tái)上，并且距管理局較近，運(yùn)行管理稍方便。

5.4.4 電站布置在右岸方案缺點(diǎn)

1)工程投資稍高。

2)電站位置遠(yuǎn)離主河槽，地面高程較高，開(kāi)挖量較大。

3)由于電站位置遠(yuǎn)離主河槽，需修建較長(zhǎng)的尾水渠與下游河道連接。

4)工程永久占地面積稍多。

6 總 結(jié)

綜合分析，兩種布置方案從技術(shù)角度看均是可行的，工程靜態(tài)投資電站布置在左岸方案稍低，比方案電站布置在右岸方案少837萬(wàn)元，因此本階段暫推薦電站布置在左岸方案為本工程的工程總布置方案。

[1]王錞.鴨河口水庫(kù)白桐灌區(qū)渠首樞紐總體布置[J].人民長(zhǎng)江，1966(03)：18-20.

[2]劉心剛，樊喜歡.水利工程施工布置的特點(diǎn)及總體布置措施分析[J].吉林農(nóng)業(yè)，2011(11)：207.

[3]陳玥，李黎臨.基于某水庫(kù)工程施工總體布置分析[J].黑龍江水利科技，2012，40(12)：293-284.

[4]汪洋，馬勇.恰甫其海水利樞紐工程布置及設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].水利水電技術(shù)，2006,37(11)：19-21.

[5]劉寧，程德虎.皂市水利樞紐工程布置研究與論證[J].人民長(zhǎng)江，2004,35(05)：1-2.

[6]張忠輝，朱方君，郝慶彬，邵爭(zhēng)勝.馬里共和國(guó)中巴尼水利樞紐工程總體布置設(shè)計(jì)[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2008,27(02)：11-13.

[7]李寧平，劉曉黎.九甸峽水利樞紐工程方案論證[J].水力發(fā)電，2010,36(11)：42-45.

1007-7596(2014)01-0063-03

2013-05-08

崔瑞(1965-)，女，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事農(nóng)業(yè)水利工程工作。

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