喻建清，蔡　斌，湯獻(xiàn)良，李宏祥

(1.中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，云南昆明650051；2.老撾南歐江流域發(fā)電有限公司，老撾瑯勃拉邦)

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老撾南歐江流域梯級水電站開發(fā)綜述

喻建清1，蔡斌2，湯獻(xiàn)良1，李宏祥1

(1.中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，云南昆明650051；2.老撾南歐江流域發(fā)電有限公司，老撾瑯勃拉邦)

南歐江為湄公河在老撾境內(nèi)最大一級支流，按7個梯級電站開發(fā)，開發(fā)規(guī)劃方案充分體現(xiàn)了水電開發(fā)與環(huán)境保護(hù)、水庫移民和諧協(xié)調(diào)關(guān)系，河流開發(fā)整體效益最大化原則的理念。從徑流及洪水研究、壩址比選及樞紐布置、壩工技術(shù)、施工導(dǎo)流技術(shù)、隧洞導(dǎo)流技術(shù)、機(jī)電技術(shù)、金屬結(jié)構(gòu)、移民安置等幾個方面對南歐江流域梯級水電站開發(fā)過程及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。

梯級電站；水電開發(fā)；關(guān)鍵技術(shù)；南歐江流域

0　概　述

南歐江為湄公河在老撾境內(nèi)最大一級支流，全河流域面積25 634 km2，河長475 km，天然落差約430 m。2007年，中國電力建設(shè)集團(tuán)通過長時間的跟蹤和艱難談判，取得了南歐江全流域的水電資源以BOT方式的開發(fā)權(quán)。中方取得開發(fā)權(quán)后，全流域的勘察設(shè)計工作委托給中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司(以下簡稱“昆明院”)承擔(dān)。昆明院對南歐江流域規(guī)劃進(jìn)行了重新論證研究，提出了一庫七級開發(fā)方案，得到了老撾政府的批準(zhǔn)。為滿足中國企業(yè)境外投資要求，各級電站分別編制了滿足國內(nèi)要求的預(yù)可行性研究報和可行性研究報告，并通過了水電水利規(guī)劃設(shè)計總院的審查。為滿足老撾政府的要求，各級電站分別編制了合作諒解備忘錄(MOU)可研報告、可行性研究報告和基本設(shè)計報告，并通過了老撾能礦部組織的審查。

充分考慮老撾本國電力需求和外送容量發(fā)展預(yù)測、電站建設(shè)施工條件以及投資回報效益，南歐江開發(fā)建設(shè)分兩期進(jìn)行，一期開發(fā)二級、五級、六級3個電站，總裝機(jī)容量540 MW，其余4個梯級電站作為二期開發(fā)，二期總裝機(jī)容量732 MW。

南歐江流域水電開發(fā)規(guī)劃方案充分體現(xiàn)了水電開發(fā)與環(huán)境保護(hù)、水庫移民和諧協(xié)調(diào)關(guān)系、河流開發(fā)整體效益最大化原則的理念。本文對梯級水電站開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。

1　水文資料匱乏條件下的徑流及洪水研究

南歐江水系發(fā)育，較大支流有11條，但僅在南歐江干流下游孟威縣城設(shè)有孟威水文站，集水面積19 258 km2，僅有23年水文資料；流域內(nèi)及鄰近流域僅有4個雨量站，水文氣象資料匱乏。利用孟威站各月平均流量與云南省境內(nèi)曼安站同期月平均流量相關(guān)關(guān)系，插補(bǔ)得到孟威站55年逐月徑流系列。南歐江流域內(nèi)降雨在空間上變化較大，以孟威站為依據(jù)站推求各梯級電站壩址徑流時，采用了面積加降雨量修正的計算方法。在確定降雨參數(shù)時，利用實(shí)測降雨資料，對依據(jù)的2005年版老撾年降雨量等值線圖的南歐江流域部分進(jìn)行了局部調(diào)整。洪水成果比擬移用時，面積修正指數(shù)借用了相鄰的云南省境內(nèi)的李仙江流域分析成果。通過采取上述措施，使推算的南歐江流域徑流和洪水比較可靠，為工程規(guī)劃設(shè)計提供了可靠的基礎(chǔ)資料。

2　壩址比選及樞紐布置研究

根據(jù)各級電站所處河段的地形、地質(zhì)條件、工程規(guī)模等，對每一級電站均開展了壩址、壩型、樞紐布置格局的比選研究工作。

2.1一級電站壩址比選及樞紐布置研究

一級電站為南歐江流域開發(fā)的最末一個梯級，從充分利用南歐江水能資源出發(fā)，選擇了兩個壩址進(jìn)行比選，推薦了上壩址。對于上壩址，開展了右岸廠房左岸泄洪方案、左岸廠房右岸泄洪方案研究，左岸廠房右岸泄洪方案還比較了全年圍堰導(dǎo)流和枯期圍堰導(dǎo)流方案。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較推薦右岸廠房左岸泄洪方案。一級電站壩基為輝綠巖，巖石堅硬，可以作為混凝土骨料。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，一級電站全部采用壩基開挖料作為混凝土骨料，取消了原規(guī)劃的位于壩址左岸下游的專門石料場和料場公路，節(jié)約投資約4 300萬元。

2.2二級電站壩址比選及樞紐布置研究

二級電站規(guī)劃河段壩基為輝綠巖，地質(zhì)條件不制約壩址比選。上壩址河道開闊，左岸有較寬的階地，兩岸風(fēng)化較深；下壩址河谷稍窄，右岸為主河槽，左岸有階地，兩岸風(fēng)化較淺。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，下壩址優(yōu)于上壩址，作為選定壩址。對下壩址開展了右岸廠房左岸泄洪方案、左岸廠房右岸泄洪方案研究，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較推薦右岸廠房左岸泄洪方案。

2.3三級電站壩址比選及樞紐布置研究

三級電站規(guī)劃河段地質(zhì)為砂板巖，屬中硬巖，兩岸風(fēng)化較深。上壩址沒有河灘，右岸有緩坡地形。下壩址右岸有一灘地，但左岸經(jīng)勘探為古滑坡體。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定上壩址。在選定的上壩址開展了左、右分別布置廠房和泄洪建筑物的樞紐格局比選。右岸廠房左岸泄洪方案比左岸廠房右岸泄洪方案投資多1.704億元，但首臺機(jī)組發(fā)電工期可以提前3個月，提前發(fā)電收益1.284億元，而兩相權(quán)衡仍是左岸廠房右岸泄洪方案經(jīng)濟(jì)性更好，故采用此方案。

2.4四級電站壩址比選及樞紐布置研究

四級電站上壩址沒有天然河灘地，左岸有一緩坡地形。下壩址右岸有一個天然基巖灘地，枯期灘地全部位于水面以上，非常適合于分期導(dǎo)流。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定了下壩址。在下壩址也分別研究了右岸廠房左岸泄洪方案、左岸廠房右岸泄洪方案研究，最終選定了左岸廠房右岸泄洪方案。

2.5五級電站壩址比選及樞紐布置研究

五級電站規(guī)劃河段只有南波河河口以下1.6～1.9 km河段順直，且右岸有明顯階地，適合混凝土重力壩和當(dāng)?shù)夭牧蠅?。因此，五級電站沒有進(jìn)行壩址詳細(xì)比選工作。在選定的壩址上開展了混凝土重力壩和當(dāng)?shù)夭牧蠅芜M(jìn)行比選：由于當(dāng)?shù)亟涤炅看?，粘土心墻?dāng)?shù)夭牧蠅尾贿m合；筑壩材料為板巖，屬于軟巖，采用混凝土面板堆石壩也存在一定技術(shù)難度，經(jīng)綜合比較，確定當(dāng)?shù)夭牧蠅尾捎脧?fù)合土工膜面板防滲堆石壩壩型。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，重力壩方案比當(dāng)?shù)夭牧蠅畏桨腹?jié)省工程投資約5.3億，故選定混凝土重力壩方案。對于選定的混凝土重力壩方案，根據(jù)地質(zhì)條件，樞紐布置格局基本方案為左岸主河道布置壩后式發(fā)電廠房，右岸緩坡地段布置泄洪建筑物和導(dǎo)流建筑物。重點(diǎn)是結(jié)合不同的導(dǎo)流組合方案開展泄洪建筑物布置研究，選出水工建筑物和導(dǎo)流建筑物綜合投資最少，技術(shù)可靠的樞紐布置。

2.6六級電站壩址比選及樞紐布置研究

六級電站在選定的壩址河段內(nèi)擬定了南艾河匯口下游1 km的上壩址和南龍河匯口上游附近的下壩址。下壩址右岸南歐江與南龍河之間有一條形山脊，非常適合布置岸邊溢洪道，下壩址技術(shù)經(jīng)濟(jì)均優(yōu)于上壩址，六級電站選定下壩址。下壩址下游河道總體略向左岸，左岸適合布置引水發(fā)電建筑物和導(dǎo)流洞。在樞紐布置中，重點(diǎn)研究了導(dǎo)流洞改建為泄洪洞(兼放空)和僅改建為水庫放空使用兩方案：導(dǎo)流洞改建為泄洪洞(兼放空)方案難度大，下游水位高，消能問題不易解決；導(dǎo)流洞改建為僅水庫放空使用方案，工作閘門和檢修閘門均設(shè)在隧洞中部壩軸線附近，閘門工作室段改造工作量大，工作門后明洞段水流存在急轉(zhuǎn)彎水力學(xué)問題。右岸南龍河距壩右岸較近，考慮設(shè)置一條放空洞，將出口水流引入南龍河，隧洞長430 m，可與大壩同步施工、同步完成，對于土工膜面板壩蓄水初期即可降低水位或放空進(jìn)行檢查和檢修，故對新型壩設(shè)置一條專門的放空洞是必要的。

2.7七級電站壩址比選及樞紐布置研究

七級電站規(guī)劃開發(fā)河段左岸有較南歐江主河道略小的支流南康河，壩址在兩河匯合口以下選擇。在南歐江與其左岸支流南康河匯口下游3.3 km以下河道非常開闊，已不具備壩址條件。匯合口以下0～2.3 km河道開闊，兩岸地形溝梁相間，不適合作為壩址；匯合口以下2.3～3.3 km河段為狹谷段，為適合水工建筑物布置的壩址。在該壩址河段開展了上、下壩線比較。下壩線壩頂長度較上壩線短，廠房和溢洪道可以充分利用下游開闊地形，下壩線技術(shù)經(jīng)濟(jì)均綜合優(yōu)于上壩線。樞紐布置格局經(jīng)綜合比選確定為：混凝土面板堆石壩+左岸廠房+右岸(專設(shè))泄洪放空洞+左岸溢洪道。

3　壩工技術(shù)

南歐江流域7個電站地形、地質(zhì)條件各不相同，大壩高度、泄洪規(guī)模相差較大，各級電站采用了不同的壩型。

3.1高混凝土閘壩及大孔口泄水閘

一、二、三、四級電站開發(fā)水頭約20～30 m，泄洪流量較大，大壩只能采用混凝土閘壩形式，最大壩高分別為52.5、52.0、59.5、60.25 m。一、二、四級電站機(jī)組采用貫流燈泡式機(jī)組，三級電站采用軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組，廠房壩段均為河床式擋水建筑物。一、二級電站泄洪建筑物均為寬頂堰式閘壩，其中，一級電站孔口尺寸達(dá)15 m×19 m，共11孔；二級電站孔口尺寸15 m×20 m，共7孔。三、四級電站泄洪建筑物均為實(shí)用堰，三級電站孔口尺寸13 m×20 m，共6孔；四級電站孔口尺寸12 m×18 m，共5孔。二、三、四級電站利用二期上游圍堰改造為攔沙壩。

3.2摻石粉高碾壓混凝土重力壩

五級電站壩基為軟巖～中硬砂質(zhì)板巖，通過當(dāng)?shù)夭牧蠅魏突炷林亓渭夹g(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定壩型為混凝土重力壩，最大壩高74 m，采用碾壓混凝土筑壩技術(shù)，主要混凝土摻和料采用磨細(xì)石灰石粉。

3.3軟巖填筑土工膜防滲高堆石壩

六級電站壩址基巖為板巖，屬軟巖，只適用于修建當(dāng)?shù)夭牧蠅巍Ｓ捎诋?dāng)?shù)亟涤炅枯^大，雨季時間長，心墻堆石壩施工難度較大；當(dāng)?shù)厝狈τ矌r，壩體填筑只能采用板巖軟巖，其沉降量較大，修建混凝土面板堆石壩存在面板混凝土開裂風(fēng)險。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定復(fù)合土工膜面板防滲壩型。大壩最大壩高85 m，土工膜防滲高度為目前同類型壩型世界之最。此外，軟巖填筑比例高達(dá)81%。對設(shè)計、施工和現(xiàn)場管理均具有極大挑戰(zhàn)。土工膜選用3.5 mmPVC/700 g一布一膜，土工膜表面無保護(hù)層，以便于檢修維護(hù)。

3.4高混凝土面板堆石壩及復(fù)雜料源研究

七級電站壩基為長石石英砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖互層，地質(zhì)條件只適合于當(dāng)?shù)夭牧蠅?。通過對混凝土面板堆石壩、粘土心墻壩、瀝青混凝土心墻壩進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇大壩為混凝土面板堆石壩，壩高143.5 m，總填筑方量745萬m3。七級電站關(guān)鍵是大壩填筑和混凝土骨料料源問題。

左岸石料場就在左岸壩肩，運(yùn)距短，但弱風(fēng)化下帶巖體底界垂直埋深約45～120 m，剝離量大，左岸石料場地質(zhì)條件極其復(fù)雜，開采難度大，特別是工程初期需要的混凝土骨料、大壩排水體、主堆石料無法從左岸石料場獲得。下游哈欣石料場距壩址10.6 km，運(yùn)距偏遠(yuǎn)。

進(jìn)場公路毛路到達(dá)壩址時，對距壩址附近的公路沿線巖石出露情況進(jìn)行了調(diào)查。在距壩址7.6 km和3.6 km處發(fā)現(xiàn)有一定規(guī)模的砂巖。通過勘探，進(jìn)場公路7.6 km處砂巖風(fēng)化層深，剝離量大，泥巖夾層多，開采困難;進(jìn)場公路3.6 km處砂巖無夾層，巖性單一，但儲量有限，不能代替左岸石料場。但通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，進(jìn)場公路3.6 km處石料場全部替代哈欣料場可以節(jié)省投資約2 600萬元。

4　施工導(dǎo)流技術(shù)

4.1分期導(dǎo)流技術(shù)

一級和二級電站施工分兩期導(dǎo)流。一期施工左岸泄洪閘孔壩段，二期由左岸泄洪閘閘孔過流，進(jìn)行右岸廠房及右岸非溢流壩段施工。

三級和四級電站施工分三期導(dǎo)流。一期由左岸束窄河床過流，進(jìn)行隔墻、右岸溢流壩段施工；二期由右岸溢流壩段閘孔過流，進(jìn)行左岸廠房和河中溢流壩段施工；三期由左岸河中溢流表孔及沖沙底孔聯(lián)合過流，進(jìn)行右岸溢流壩段溢流堰及閘門安裝施工。

五級電站施工導(dǎo)流共分兩期：一期導(dǎo)流由左岸束窄主河床過流，右岸基坑在一期全年橫向土石圍堰及全年縱向圍堰保護(hù)下進(jìn)行施工；二期導(dǎo)流由右岸1～2號導(dǎo)流底孔聯(lián)合壩體缺口過流，進(jìn)行左岸大壩和廠房施工。其中，二期導(dǎo)流比較了全底孔導(dǎo)流方案、導(dǎo)流底孔+壩體缺口方案、導(dǎo)流洞+缺口枯期導(dǎo)流方案、導(dǎo)流洞+缺口全年導(dǎo)流方案，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證采用導(dǎo)流底孔+壩體缺口導(dǎo)流方案。

4.2隧洞導(dǎo)流技術(shù)

六級和七級電站大壩為堆石壩，只能采用隧洞導(dǎo)流方案。分別研究了枯水期圍堰斷流、汛期壩體臨時斷面擋水的隧洞導(dǎo)流方案；圍堰一次斷流、基坑全年施工的隧洞導(dǎo)流方案。最終采用圍堰一次斷流、基坑全年施工的隧洞導(dǎo)流方案。六級和七級電站導(dǎo)流洞斷面尺寸分別為11 m×14 m(寬×高)、8 m×11 m，均為城門洞形。

5　主要機(jī)電技術(shù)

一級電站最大水頭22 m，加權(quán)平均水頭17.75 m，最小水頭6 m；二級電站最大水頭22 m，加權(quán)平均水頭17.74 m，最小水頭6.5 m；四級電站最大水頭28 m，加權(quán)平均水頭24.57 m，最小水頭10.5 m。對一、二、四級電站開展了軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)和貫流燈泡式機(jī)組技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇了貫流燈泡式機(jī)組。一級電站單機(jī)容量45 MW，共裝4臺機(jī)組，總裝機(jī)容量180 MW；二級電站單機(jī)容量40 MW，共裝3臺機(jī)組，總裝機(jī)容量120 MW；四級電站單機(jī)容量44 MW，共裝3臺機(jī)組，總裝機(jī)容量132 MW。目前已投產(chǎn)水頭最高的燈泡機(jī)組是洪江電站，最大水頭為27.3 m，南歐江四級電站最大水頭28 m，刷新了紀(jì)錄，其設(shè)計和制造難度為世界之最。

三級電站最大水頭31.5 m，加權(quán)平均水頭28.55 m，最小水頭12 m。此水頭范圍內(nèi)可供選擇的機(jī)型有軸流轉(zhuǎn)槳式和混流式機(jī)組。通過比較，三級電站選擇軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。

五級電站最大水頭58.5 m，加權(quán)平均水頭55.19 m，最小水頭40 m；六級電站最大水頭71.5 m，加權(quán)平均水頭63.46 m，最小水頭45 m；七級電站最大水頭124.5 m，加權(quán)平均水頭116.76 m，最小水頭74.5 m。這3個電站水頭范圍適合混流式水輪機(jī)，均采用混流式水輪機(jī)組。

由于各級電站機(jī)組臺數(shù)不多，考慮到工程位于境外，為方便運(yùn)行管理，提高電站的可靠性，各級電站均采用發(fā)電機(jī)與主變單元接線。

6　主要金屬結(jié)構(gòu)

南歐江流域設(shè)計洪水流量大，泄洪建筑物均采用大孔口泄洪，相應(yīng)的閘門尺寸也較大。一級電站泄洪閘孔口尺寸為15 m×19 m，二級電站電站泄洪閘孔口尺寸為15 m×20 m，工作閘門均采用平板閘門，且需要局部開啟泄洪，運(yùn)行條件惡劣。其余電站泄洪孔口工作閘門均采用弧形閘門。三、四、五、六、七級電站溢流表孔尺寸分別為13 m×20 m、12 m×18 m、13 m×21 m、13 m×21 m、10 m×18 m。其中設(shè)計難度最大的是泄洪閘平板工作閘門，為此，采用三維有限元分析和物理模型試驗相結(jié)合的方式，分析了大型平面工作閘門的結(jié)構(gòu)受力特性和振動特性，在閘門設(shè)計方面采取了一系列創(chuàng)新措施，較好地解決了閘門結(jié)構(gòu)優(yōu)化、抗振、閘門淹沒出流等問題。

7　移民安置

南歐江首期開發(fā)的二、五、六級3個梯級電站共涉及淹沒影響人口約760戶，4 500人。由于老撾國內(nèi)缺乏大規(guī)模移民安置工作的實(shí)施經(jīng)驗，為妥善安置移民，確保電站建設(shè)對當(dāng)?shù)鼐用癞a(chǎn)生影響降至最小，南歐江一期移民安置工作采用由項目業(yè)主全面負(fù)責(zé)組織實(shí)施，老撾政府參與配合，中方咨詢機(jī)構(gòu)(昆明院)提供咨詢服務(wù)的模式開展，借鑒國內(nèi)水電移民安置工作的成功經(jīng)驗及模式，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，開創(chuàng)了一種全新的移民安置工作模式。

8　結(jié)　語

境外不發(fā)達(dá)地區(qū)或國家，對水能資源一般沒有進(jìn)行整體規(guī)劃，一條河流開發(fā)大多數(shù)情況下又簽訂給不同的開發(fā)公司，河流水電開發(fā)存在資源浪費(fèi)和開發(fā)效率較低情況。南歐江流域由中國電力建設(shè)集團(tuán)整體開發(fā)，使資源利用和效益做到了最大化。

[1]中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司. 老撾南歐江二級、 五級、 六級水電站可行性研究報告[R]. 昆明： 中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司， 2012．

[2]中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司. 老撾南歐江一級、 三級、 四級、 七級水電站可行性研究報告[R]. 昆明： 中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司， 2014．

[3]蔡斌， 楊杰， 蘇增軍. 創(chuàng)新投資模式在南歐江梯級開發(fā)中的應(yīng)用[J]. 水利水電施工， 2015(5)： 94- 98．

[4]程鵬. 老撾南歐江二級水電站樞紐布置設(shè)計[J]. 云南水力發(fā)電， 2015(5)： 143- 148．

[5]高詩莉. 老撾南歐江六級電站壩型比選分析[J]. 山西建筑， 2015， 41(32)： 210- 212．

(責(zé)任編輯焦雪梅)

Review on the Development of Cascade Power Stations in Nam Ou River Basin of Laos

YU Jianqing1, CAI Bin2, TANG Xianliang1, LI Hongxiang1

(1. PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China;2. Nam Ou River Basin Hydropower Co., Ltd., Luang Prabang, Laos)

Nam Ou River is the largest branch of Mekong River in Laos. The hydroelectric development in Nam Ou River basin is planned as seven cascade hydropower stations, in which, the concepts of harmonious and coordinated relationships between hydropower development and environmental protection and reservoir resettlement, and maximizing the overall benefits of hydropower development are fully reflected. The processes of cascade hydropower station development in Nam Ou River basin are introduced and key technologies are summarized from the aspects of run-off and flood research, dam site selection and project layout, dam construction technique, construction diversion, tunnel diversion, electromechanical technique, metal structures and resettlement．

cascade hydropower stations; hydropower development; key technology; Nam Ou River basin

2016- 03- 09

喻建清(1962—)，男，四川仁壽人，教授級高工，副總工程師，南歐江流域項目經(jīng)理兼流域設(shè)總，主要從事水電工程設(shè)計、咨詢及管理工作．

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