王常義，黃 俊，張殿雙

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，130021，長春）

一、項(xiàng)目概況

大藤峽水利樞紐位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峽峽谷出口，地屬廣西桂平市，是紅水河水電梯級(jí)開發(fā)的第十個(gè)梯級(jí)，壩址下距桂平市彩虹橋6.6 km。 壩址控制流域面積19.86 萬km2，占西江流域面積的56%。

大藤峽工程任務(wù)是以防洪、航運(yùn)、發(fā)電和水資源配置為主，結(jié)合灌溉等綜合利用。 水庫正常蓄水位61.00 m， 汛期限制水位及死水位47.60 m。水庫總庫容34.79 億m3，防洪庫容15 億m3， 完全設(shè)置于正常蓄水位以下。 船閘規(guī)模為3 000 t 級(jí)，年過閘貨運(yùn)量可達(dá)5 189 萬t。 電站裝機(jī)容量1 600 MW，8 臺(tái)機(jī)組，多年平均發(fā)電量60.55 億kWh，保證出力366.9 MW。

大藤峽位于黔江末端，控制流域面積占西江下游及三角洲防洪控制斷面梧州水文站以上流域面積的近60%，與龍灘水庫聯(lián)合調(diào)節(jié)，能有效解決西江中下游及三角洲地區(qū)的防洪問題。 黔江航道是西南水運(yùn)出海中線和北線共用通道，工程可改善黔江航道通航條件，結(jié)合航道整治和疏浚等措施， 可使3 000 t 級(jí)船舶直達(dá)柳州和來賓， 是實(shí)現(xiàn)廣西黃金水道的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。電站充分利用梯級(jí)水能資源，為廣西電網(wǎng)提供清潔能源， 作為廣西電力系統(tǒng)的支撐電源， 承擔(dān)電網(wǎng)的發(fā)電和調(diào)峰任務(wù)。工程區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，能有效利用龍灘下游區(qū)間枯水期雨洪資源，高效地調(diào)配流域水資源， 保障西江下游及珠江三角洲地區(qū)的供水安全。

二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)歷程

從1959 年提出大藤峽水利樞紐的輪廓性規(guī)劃起至今，不同階段隨著工程任務(wù)的不斷調(diào)整，針對(duì)大藤峽工程樞紐布置開展了大量的勘察設(shè)計(jì)工作。1980 年廣西壯族自治區(qū)水利電力規(guī)劃小組辦公室編制的《紅水河綜合利用規(guī)劃報(bào)告》規(guī)劃大藤峽設(shè)置防洪庫容10 億m3， 東北勘測(cè)設(shè)計(jì)院在此基礎(chǔ)上于1982 年完成了 《大藤峽水電站選壩報(bào)告》。 1990 年完成的可研報(bào)告， 防洪庫容調(diào)整為20 億m3，同時(shí)結(jié)合船閘布置對(duì)壩址做了進(jìn)一步調(diào)整，選定壩址距峽谷出口600 m處，推薦兩岸廠房、左岸船閘方案。黔江主壩采用混凝土閘壩， 南木江副壩為土石壩，電站裝機(jī)容量1 200 MW，7 臺(tái)機(jī)組，左岸3 臺(tái)，右岸4 臺(tái)。船閘規(guī)模為1 000 t 級(jí)，閘室有效尺度190 m×23 m×4.0 m（有效長度×寬×檻上水深）。

1998 年長江、松花江和珠江發(fā)生特大洪水以后，水利部組織開展了全國七大江河防洪規(guī)劃，根據(jù)流域防洪實(shí)際情況及發(fā)電、 航運(yùn)各部門的要求，對(duì)大藤峽的防洪庫容進(jìn)行了重新論證。2001 年重新啟動(dòng)了項(xiàng)目建議書的編制工作，圍繞防洪庫容規(guī)模與淹沒范圍進(jìn)行多方案研究，綜合選定15億m3防洪庫容并全部設(shè)置在正常蓄水位以下。 隨著航運(yùn)條件的不斷改善， 內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展迅速，2007 年廣西內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展規(guī)劃提出打通西江中線、北線航運(yùn)通道，打造西江航運(yùn)黃金水道， 將紅水河來賓～桂平航段提升至二級(jí)航道，大藤峽船閘規(guī)模提高至2 000 t 級(jí)，相應(yīng)閘室有效尺度提高至250 m×23 m×5.0 m（有效長度×寬×檻上水深），同時(shí)電站裝機(jī)容量由1 200 MW 增至1 600 MW。 受其影響重新對(duì)壩址進(jìn)行比選，在峽谷出口段2.5 km 范圍內(nèi)擬定了3 個(gè)壩址進(jìn)行比選。 推薦壩址位于1990 年選定壩址下游約1.5km 處。2011 年開展可行性研究，廣西航運(yùn)部門進(jìn)一步提出大藤峽船閘按照3 000 t 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，閘室有效尺度最終調(diào)增至280 m×34 m×5.8 m（有效長度×寬×檻上水深）。2015年工程初步設(shè)計(jì)獲批并開工建設(shè)。

三、自然條件

樞紐位于西江水系黔江河段大藤峽峽谷出口， 地處低緯度地帶，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。 夏季高溫濕熱，暴雨頻繁， 秋季常受臺(tái)風(fēng)入侵影響。流域平均雨量為1 400 mm，雨量年內(nèi)分配不均，多集中于4—8 月，約占總量的70%。 年降水日數(shù)一般為160～180 天。 樞紐地區(qū)多年平均氣溫21.5℃。多年平均蒸發(fā)量1 322 mm。壩址多年平均流量為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，較大洪水一般每年的4 月開始，至10 月結(jié)束，5—9 月是暴雨洪水的多發(fā)季節(jié)，特大暴雨洪水主要發(fā)生在6、7 兩月。 洪水的主要特點(diǎn)是峰高量大歷時(shí)長， 峰型較肥胖，洪峰持續(xù)時(shí)間長。 一次完整的洪水過程約30 天，7 天洪量約占30 天洪量的30%～50%。

黔江在大藤峽峽谷靠近出口段河道由南西轉(zhuǎn)向南東， 出口段長約2.5 km， 是從高山過渡到桂平盆地的丘陵地帶，河道相對(duì)順直，河谷為復(fù)式斷面，主河床靠近右岸。 右岸為低山丘陵，高程一般為80～110 m。 左岸為較寬闊的Ⅰ級(jí)階地， 高程一般為41～43 m，階地外側(cè)為低緩殘丘，上游段約1.5 km 高程一般為65～90 m，下游段左岸Ⅰ級(jí)階地變寬，外側(cè)地勢(shì)變緩，高程一般為50～70 m。河道底高程在10～22 m，最低高程-6 m，主河床寬200 m， 左岸有200 m 左右的巖石漫灘， 高程22～30 m， 枯水期水面寬約400 m。 峽谷口左岸支流南木江是一條時(shí)令河，洪水期黔江水經(jīng)南木江進(jìn)入潯江，全長約34 km。

峽谷出口河段范圍主要出露的基巖巖層為泥盆系下統(tǒng)蓮花山組和那高嶺組，巖性包括細(xì)砂巖、含泥細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖等5種。 基礎(chǔ)巖層層理較發(fā)育，受弩灘褶曲影響， 上游段巖層產(chǎn)狀變化較大，下游段巖層產(chǎn)狀基本穩(wěn)定。 左岸下游段局部出露郁江階下段灰?guī)r，與河床斜交。 可研階段結(jié)合樞紐布置在出口段擬定兩個(gè)壩址， 上壩址距出口770 m，上、下壩址相距1.08 km，

四、壩址及壩軸線選擇

針對(duì)擬定的上、 下兩個(gè)壩址，采用等效益比較法進(jìn)行比選，上下壩址正常蓄水位及裝機(jī)容量保持不變，僅計(jì)入電量的差異。 影響壩址的主要因素是地質(zhì)和地形條件。 上壩址靠近峽谷出口，河谷寬度較窄，左岸船閘上游引航道進(jìn)入峽谷口， 水流條件較差，開挖量較大。 受弩灘向斜構(gòu)造影響，巖層傾角較緩，產(chǎn)狀變化大，壩基抗滑穩(wěn)定性差， 需采取設(shè)深齒坎、抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索等綜合措施。 下壩址河谷較寬闊， 樞紐布置相對(duì)靈活。但左岸山體局部地形不足，需增設(shè)副壩。 下壩址構(gòu)造不發(fā)育，多為單斜巖層，巖層傾角相對(duì)較陡，巖體完整性、透水性能、抗滑穩(wěn)定性較好；船閘上游引航道水流條件明顯改善，船閘閘室和下引航道部分基礎(chǔ)為巖溶較發(fā)育的灰?guī)r，需要加強(qiáng)處理。 綜合考慮樞紐布置、施工條件、發(fā)電效益、水庫淹沒及工程投資等因素，選定下壩址為推薦壩址。

初設(shè)階段依據(jù)地形地質(zhì)條件，結(jié)合樞紐建筑物布置，在下壩址附近擬定了上、中、下3 條壩線進(jìn)行比選。 上壩線選在距右岸塌滑體下游側(cè)邊緣不小于200 m 位置， 距中壩線120 m處， 下壩線選在峽谷出口段末端，距中壩線約90～150 m。各壩線樞紐布置基本相同，3 條壩線右岸均為那高嶺組泥巖與砂巖互層結(jié)構(gòu)， 地質(zhì)構(gòu)造、軟弱夾層發(fā)育程度相差不大。 上壩線左岸基本避開了強(qiáng)烈溶蝕灰?guī)r，河谷相對(duì)狹窄，受建筑物布置限制，開挖量較多，同時(shí)為滿足通航需要，引航道上游口門區(qū)需開挖峽谷口左岸山體；下壩線地形開闊，有利于建筑物布置， 但巖溶發(fā)育的D1y1-3層灰?guī)r沿壩線分布350 m，分布范圍廣，相對(duì)隔水層埋深大，巖溶問題突出。 中壩線地形相對(duì)適中， 巖溶發(fā)育的D1y1-3層灰?guī)r主要位于船閘上閘首，范圍有限。就地形地質(zhì)條件而言，中壩線略優(yōu)。

上壩線河谷相對(duì)較窄，左岸廠房及上下游引渠開挖量較大，船閘上引航道通航水流條件較差，預(yù)留二線船閘布置難度大。 上游受右岸塌滑體處理影響，魚道布置較困難，但巖溶分布面積小，基礎(chǔ)處理量較小。 中壩線河谷比上壩線寬闊，樞紐布置相對(duì)合理， 船閘上游引航道避開峽谷出口，水流條件較好，各建筑物總的開挖量最小， 但上閘首部分基礎(chǔ)巖溶發(fā)育，增加一定的基礎(chǔ)處理量。 下壩線河谷寬闊，利于樞紐布置，船閘上引航道布置相對(duì)寬松， 通航水流條件好，魚道布置比較順暢，開挖總量略大于中壩線， 且下壩線巖溶分布范圍廣，建筑物基礎(chǔ)處理量較大。 從樞紐布置方面來看，中、下壩線略好。

3 條壩線施工均采用兩期導(dǎo)流，一期導(dǎo)流上、 中壩線過流條件相同，均需要對(duì)右岸岸坡進(jìn)行局部擴(kuò)挖，下壩線由于主河床與左岸巖石漫灘高差減小，為滿足縱向圍堰施工，縱向圍堰軸線向左岸偏移36 m，右岸岸坡不需要擴(kuò)挖。 二期導(dǎo)流上壩線左岸明渠上游側(cè)岸坡地勢(shì)較高，明渠開挖量最大。

中壩線的投資最低，比上壩線少1.10 億元，比下壩線少2.25 億元。

綜合地形地質(zhì)條件、 樞紐布置、施工及工程投資等方面比選結(jié)論，推薦中壩線為選定壩線。

五、樞紐布置研究

1.廠房布置研究

壩址處河谷寬淺， 寬高比為18左右， 洪水峰高量大、 洪峰持續(xù)時(shí)間長，20 年一遇洪峰流量達(dá)43 200 m3/s，結(jié)合地形條件及施工期通航要求，工程需分期導(dǎo)流，一期應(yīng)完成船閘及二期導(dǎo)流所需的泄流設(shè)施。 就總體布置而言，廠房單側(cè)集中布置緊湊合理便于管理，但受施工導(dǎo)流限制只能布置在二期，由于施工期長，廠房集中布置施工期不具備提前發(fā)電條件，電能損失較大。 結(jié)合分期導(dǎo)流擬定左、右岸廠房集中布置及兩岸分設(shè)3 個(gè)方案進(jìn)行廠房位置比選。

右岸廠房方案：8 臺(tái)機(jī)組布置在右岸主河床， 安裝間布置在廠房?jī)蓚?cè)， 左側(cè)安裝間下布置3 個(gè)底孔，21孔泄水閘（3 個(gè)高孔，18 個(gè)低孔）布置在縱向圍堰左側(cè)河漫灘上。 單級(jí)船閘布置在左岸。該方案施工導(dǎo)流分兩期，一期工程圍左岸，施工左岸船閘、泄水閘壩段，二期利用已建泄水閘泄流，進(jìn)行右岸廠房壩段、擋水壩段的施工。工程總工期117 個(gè)月， 一期工程59 個(gè)月，首臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期96 個(gè)月。

兩岸廠房方案：22 孔泄水閘布置在河床中部，縱向圍堰右側(cè)為6 個(gè)低孔，左側(cè)為3 個(gè)高孔和13 個(gè)低孔，單級(jí)船閘布置在左岸。 廠房分設(shè)兩岸，左岸布置3 臺(tái)機(jī)組，右岸布置5 臺(tái)機(jī)組。 施工導(dǎo)流分兩期，一期工程先圍左岸，利用右岸主河床過流，進(jìn)行泄水閘、船閘、左岸廠房的施工。 二期工程圍右岸，利用一期建成的泄水閘及二期圍堰擋水發(fā)電及泄流，進(jìn)行右岸廠房、右岸泄水閘的施工?？偣て?08個(gè)月，一期工程59 個(gè)月，首臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期62 個(gè)月。

左岸廠房方案：8 臺(tái)機(jī)組布置在主河床靠左側(cè)，安裝間布置在廠房?jī)蓚?cè)， 右側(cè)安裝間下布置3 個(gè)底孔，21孔泄水閘（3 個(gè)高孔，18 個(gè)低孔）布置在縱向圍堰右側(cè)，單級(jí)船閘布置在左岸。 施工導(dǎo)流分兩期，一期工程先圍右岸， 在左岸灘地處開挖明渠過流。進(jìn)行右岸擋水壩段、 泄水閘壩段施工， 左岸船閘位于左岸自然高地，不需要圍堰保護(hù)施工。 二期利用已建泄水閘泄流，進(jìn)行右岸廠房的施工。 工程總工期117 個(gè)月， 一期工程59 個(gè)月，首臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期96 個(gè)月。

經(jīng)綜合比選，推薦兩岸廠房布置方案。

2.船閘布置研究

壩址所在黔江河段位于西南水運(yùn)出海通道北線和中線的共用通道，可研階段，廣西提出打造西江航運(yùn)黃金水道，將船閘規(guī)模由2 000 t 級(jí)提高到3 000 t 級(jí)，閘室有效尺度由250 m×23 m×5.0 m 增至280 m×34 m×5.8 m，樞紐河段航道標(biāo)準(zhǔn)提高至二級(jí)，考慮壩址下游河道整治，船閘設(shè)計(jì)水頭達(dá)40.25 m。按照規(guī)范要求設(shè)計(jì)水頭超過40.00 m 采用兩級(jí)或多級(jí)船閘。 若采用單級(jí)船閘，船閘一次充泄水量達(dá)42萬m3，下閘首人字門將高達(dá)47 m。

根據(jù)航運(yùn)發(fā)展規(guī)劃， 船閘設(shè)計(jì)水平年2040 年過閘貨運(yùn)量為4 513 萬t，采用單級(jí)船閘能夠滿足貨運(yùn)量需求。采用兩級(jí)連續(xù)式船閘，船舶過閘時(shí)間長，通過能力小，為滿足貨運(yùn)量要求，同時(shí)考慮樞紐所處位置，需設(shè)置雙線船閘。三峽船閘總設(shè)計(jì)水頭113 m，采用雙線五級(jí)連續(xù)式船閘，中間閥門段設(shè)計(jì)水頭達(dá)45.2 m，#1～#4 閘首人字門高38 m，建成后運(yùn)行良好。 近年來國內(nèi)外針對(duì)高水頭船閘重點(diǎn)研究設(shè)中間運(yùn)河的多級(jí)船閘型式，該型式具有通過能力較大、利于解決船閘水力學(xué)問題并降低閘門及啟閉技術(shù)難度的特點(diǎn)。 巴西圖庫魯伊采用設(shè)中間運(yùn)河的兩級(jí)船閘，總設(shè)計(jì)水頭71.5 m，#2 船閘（下游船閘）設(shè)計(jì)水頭35 m，下閘首人字門高度42.5 m。

制約高水頭大型船閘的關(guān)鍵是船閘水力學(xué)及閘門和啟閉機(jī)技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)外高水頭船閘實(shí)踐及研究成果，通過對(duì)比分析，采用單級(jí)船閘基本可行。圍繞單級(jí)船閘水頭超過40 m存在的技術(shù)難點(diǎn)，以及雙級(jí)船閘如何組合，成為影響樞紐布置及壩址選擇的主要因素。

壩址上游峽谷出口左岸有支流南木江，穿越二階臺(tái)地，向東南至江口鎮(zhèn)匯入潯江，全長33 km。 南木江河道寬約120 m，兩岸為陡坎，經(jīng)過整治能夠滿足船舶通行，可補(bǔ)充黔江雙級(jí)連續(xù)船閘存在的貨運(yùn)量不足問題，在南木江河段修建船閘最大優(yōu)點(diǎn)是與樞紐施工干擾小。

綜合上述因素，重點(diǎn)進(jìn)行了左岸單級(jí)船閘、 左岸雙級(jí)船閘連續(xù)布置+南木江船閘、左岸設(shè)中間運(yùn)河雙級(jí)船閘3 個(gè)方案的比選工作。

左岸單級(jí)船閘方案：樞紐建筑物由黔江主壩、副壩、南木江副壩組成。南木江副壩設(shè)2 孔泄水閘。 單級(jí)船閘布置在主壩左岸，22 孔泄水閘布置在河床中部縱向圍堰壩段兩側(cè)，右側(cè)為6 個(gè)泄水低孔， 左側(cè)為3 個(gè)泄水高孔和13 個(gè)泄水低孔。 廠房?jī)砂斗衷O(shè)，左岸布置3 臺(tái)機(jī)組，右岸布置5 臺(tái)機(jī)組。船閘由上游引航道、 閘室段及下游引航道組成， 船閘線路總長3 497 m。上游引航道長1 215 m，下游引航道長1 897 m， 閘室有效尺度為280 m×34 m×5.8 m （有效長度×有效寬度×門檻水深）。 上、下游引航道底寬75 m，口門區(qū)寬115 m，上、下游引航道底高程分別為39.20 m 和14.95 m。 下閘首人字門高度為47 m。

圖1 推薦方案樞紐平面布置圖

左岸雙級(jí)船閘連續(xù)布置+南木江船閘方案：雙級(jí)連續(xù)船閘布置在主壩左岸，泄水閘及廠房布置與單級(jí)船閘方案相同，南木江副壩仍設(shè)2 孔泄水閘。 在南木江進(jìn)出口各設(shè)1 座單級(jí)船閘， 對(duì)26 km 河道進(jìn)行整治。 閘室有效尺度為200 m×23 m×5 m （有效長度×有效寬度×門檻水深）， 河道通航水位為34～35m。

左岸設(shè)中間運(yùn)河雙級(jí)船閘方案：利用左岸階地比較平緩，適于開挖運(yùn)河的天然地形條件，在主壩左側(cè)及下游臨近河道側(cè)布置兩級(jí)船閘，中間通過運(yùn)河連接，上游船閘及引航道從南木江副壩及黔江副壩之間的低緩殘丘中通過，運(yùn)河布置在階地，下游船閘在壩下3.5 km 經(jīng)下游引航道匯入黔江航道。兩個(gè)船閘有效尺度為280 m×34 m×5.8 m（有效長度×有效寬度×門檻水深），中間運(yùn)河長3 639 m，寬90～110 m，通航水位為39.81～41.89 m。

采用雙級(jí)連續(xù)式船閘，降低了下游閘首閘門的工作水頭，利用南木江船閘滿足貨運(yùn)量需求，對(duì)樞紐工程無施工干擾，且具備提前施工條件。 但工程量明顯偏大。 設(shè)中間運(yùn)河方案，避免了單級(jí)船閘的技術(shù)難題，船閘與主壩分開布置，主壩各建筑物布置靈活，一級(jí)船閘開挖邊坡穩(wěn)定性優(yōu)于單級(jí)船閘。 但中間運(yùn)河的水力學(xué)問題復(fù)雜，二級(jí)船閘位于可溶巖范圍，基礎(chǔ)處理工程量較大。 單級(jí)船閘水頭高單次充泄水體積大，輸水系統(tǒng)水力學(xué)問題突出， 下閘首的人字門高47 m，設(shè)計(jì)、施工難度大。 單級(jí)船閘工程占地少903 畝， 征地移民補(bǔ)償投資低，總投資比雙級(jí)方案節(jié)省7 789 萬元。

綜合比較，推薦左岸單級(jí)船閘集中布置方案。

3.推薦樞紐布置方案

樞紐工程由黔江主壩、黔江副壩和南木江副壩組成。 黔江主壩布置有電站廠房、泄水閘、船閘、魚道及重力壩段，單級(jí)船閘布置在左岸，河床式廠房?jī)砂斗衷O(shè)， 左岸布置3 臺(tái)機(jī)組，右岸布置5 臺(tái)機(jī)組，26 孔泄水閘（2個(gè)高孔和24 個(gè)低孔） 布置在河床中部縱向圍堰壩段兩側(cè)，魚道靠右岸布置。 黔江副壩位于黔江左岸，采用黏土心墻石渣壩。 南木江副壩由黏土心墻石渣壩和混凝土重力壩組成，灌溉取水口、生態(tài)泄水口及南木江魚道過魚口布置在混凝土壩段上。 施工導(dǎo)流分兩期，一期圍左岸，二期圍右岸，利用圍堰擋水發(fā)電，工程建設(shè)總工期為9 年。 推薦方案樞紐布置見圖1。

六、結(jié) 論

大藤峽工程的防洪、通航、發(fā)電規(guī)模是依據(jù)區(qū)域發(fā)展規(guī)劃經(jīng)過多年調(diào)整完善確定的，樞紐總體布局也進(jìn)行了多次補(bǔ)充完善。 在各階段大量勘察、設(shè)計(jì)及科研工作的基礎(chǔ)上，通過多方案比選確定了壩址及壩線。初設(shè)階段結(jié)合地形地質(zhì)條件，在滿足下游防洪功能并盡量較少淹沒的前提下， 通過規(guī)避巖溶不良地質(zhì)條件、提高初期發(fā)電效益、降低施工導(dǎo)流及施工期通航風(fēng)險(xiǎn)并充分考慮預(yù)留二線船閘位置等方面， 對(duì)船閘及廠房進(jìn)行多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，推薦泄水閘居中、廠房?jī)砂斗衷O(shè)、單級(jí)船閘集中布置的總體布置方案。 針對(duì)工程技術(shù)難點(diǎn)開展科研攻關(guān)， 較好地解決了制約樞紐布置的不利因素。 工程于2015 年開工，2019 年10 月實(shí)現(xiàn)大江截流，目前左岸泄水閘廠房及船閘已初具規(guī)模，達(dá)到了預(yù)期效果。