辛道濤,程昌勇,趙景志

(水利部珠江水利委員會(huì)技術(shù)咨詢中心，廣東 廣州 510611)

1 工程概述

小賀科水電站工程位于瀾滄江支流小黑江干流中游河段上，地處云南省滄源縣與耿馬縣交界處，距昆明市598 km，距臨滄市180 km。工程所在河流小黑江屬瀾滄江一級(jí)支流，流經(jīng)臨滄市耿馬、滄源、雙江縣及思茅市瀾滄縣匯入瀾滄江，流域面積為5 784 km2，從河源大雪山至河口主河道全長為180 km，總落差大于 1 500 m，平均坡降為4‰。流域內(nèi)水系發(fā)育，水力資源豐富，干流中游河段落差集中，開發(fā)條件好，以水電開發(fā)為主。

根據(jù)《臨滄市小黑江中游河段及支流拉勐河水電規(guī)劃報(bào)告》，小黑江干流中段(控制高程為840～970 m)開發(fā)三級(jí)電站，其中第一級(jí)為賀柯電站，第二級(jí)為小賀科電站，第三級(jí)為江邊山電站。小賀科電站壩址以上集水面積為2 840 km2，約占全流域面積的49%[1-2]。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 水文條件

根據(jù)流域內(nèi)勐省水文站、雙江及耿馬氣象站實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)：多年平均降雨量介于1 300～1 760 mm之間，流域多年平均氣溫在16.2℃～22℃之間，最熱月(7月)平均氣溫為21.7℃;最低月(1月)平均氣溫為10℃，平均相對(duì)濕度為73%，年平均日照為2 212 h左右，日照率為65%。地區(qū)多年平均蒸發(fā)量在1 700～2 302 mm之間(20 cm口徑)；平均無霜期為300 d，平均風(fēng)速為1.7～1.9 m/s，常年風(fēng)向以西南風(fēng)偏多，年最大風(fēng)速為16～22 m/s。

壩址以上流域多年平均流量為79.80 m3/s，多年平均徑流量為25.19億m3。勐省水文站實(shí)測(cè)最大流量為803 m3/s，實(shí)測(cè)最小流量為2.69 m3/s[1-2]。

2.2 地質(zhì)條件

工程區(qū)屬橫斷山脈南延部分，山巒疊嶂，北高南低，為怒江和瀾滄江河間地塊，工程區(qū)內(nèi)地層出露比較齊全，除志留系、白堊系未見出露外，從元古界西盟群——第四系均有出露。各地層單位的巖性差異明顯，除碎屑巖外，出露較多碳酸鹽巖及硅質(zhì)巖，變質(zhì)巖。地層以元古界西盟群(P)、古生界泥盆系(D)、石炭系(C)、二疊系(P)、三疊系(T)、第三系(N)及第四系全新統(tǒng)(Qh)組成。

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)，工程區(qū)50 a超越概率為10%的地震動(dòng)峰值加速度值為0.30g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s。根據(jù)國家地震局頒布的1:400萬《中國地震烈度區(qū)劃圖(2016)》，工程區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。

庫區(qū)小黑江河谷段為本區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面，系地下水補(bǔ)給河水，兩岸存在高于水庫正常蓄水位的地下水分水嶺，兩岸山體渾厚，地層以相對(duì)隔水的碎屑巖，庫尾出露的碳酸巖類呈帶狀透鏡狀分布，被P2n、C1y碎屑巖地層包裹，未串通至下游或附近低鄰谷。

工程區(qū)巖體風(fēng)化程度受巖性和地質(zhì)構(gòu)造控制，變質(zhì)碎屑巖地層中變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖和板巖較石英片巖風(fēng)化深。

上壩址左岸基巖大部裸露以全～強(qiáng)風(fēng)化巖體為主，全風(fēng)化層厚為0～5.8 m，強(qiáng)風(fēng)化厚度為5.8～16.40 m；右岸地表覆蓋殘坡積層，基巖僅在簡易公路邊零星出露，全風(fēng)化層厚為0～6.5 m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度為6.5～15.5 m。河床部位強(qiáng)風(fēng)化厚度為0.0～1.30 m。下壩址帶地形寬緩開闊，自然山體穩(wěn)定，地表覆蓋殘坡積層，一般厚度為2.20～6.0 m，下覆基巖為石炭系下統(tǒng)南段群下亞群:片里化石英砂巖、變質(zhì)不等粒石英砂巖夾絹云石英微晶片巖、板巖。強(qiáng)風(fēng)化層厚為10～31.90 m，由于受附近小斷層f3影響一般較破碎，巖體呈薄層狀、碎塊狀[3-4]。

3 工程布置方案選擇

3.1 布置方案擬定

規(guī)劃壩址位于小黑江橋上游河段，左岸為耿馬縣，右岸為滄源縣。小黑江中游河段第一級(jí)為賀柯電站，尾水控制高程為940 m，為壩后式電站。第三級(jí)為江邊山電站，正常水位控制為852 m，最大壩高為20 m，為引水式電站[1-2](見圖1所示)。

圖1 工程位置示意

賀柯電站下游為勐省鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府所在地，并且有滄源南華勐省糖業(yè)有限公司、勐省農(nóng)場(chǎng)等企業(yè)，地勢(shì)平坦，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)文化中心，拆遷難度大，且投資高，所以小賀科電站以最高水位不淹沒該位置為控制因素。下游江邊山電站正常水位為852 m，以小賀科電站尾水銜接下游梯級(jí)水頭為原則。其中小黑江橋以下段河道平緩，且右岸為G214國道，高程較低。小黑江橋以上S314(小滄線)沿河道左岸布置，下游段公路高程較低，上游段公路高程較高。小黑江經(jīng)過勐省鎮(zhèn)后流向轉(zhuǎn)東，在石佛洞位置進(jìn)入峽谷，峽谷長約為5.5 km，出峽谷后漸漸變緩。河寬為30～60 m，多為V字型河谷，邊坡較緩，坡度為30°～45°，直至小黑江橋突轉(zhuǎn)90°變?yōu)橄蚰狭鳎临惻浇洲D(zhuǎn)向西流，形成“彎肘”狀河流形態(tài)。規(guī)劃壩址在小黑江橋至石佛洞這一河段內(nèi)。

根據(jù)該河段地形地質(zhì)條件、庫區(qū)條件、公路情況，經(jīng)綜合考慮，初擬上、下2個(gè)壩址5個(gè)方案進(jìn)行綜合比較。

方案1：下壩址河床式高壩方案；

方案2：河道分梯級(jí)開發(fā)，即上壩址河床式方案+下壩址河床式方案；

方案3：上壩址引水方案；

方案4：上壩址河床式梯級(jí)+下壩址引水式方案；

方案5：下壩址低壩引水式方案(與方案3等庫容)。

3.2 布置方案比較

3.2.1工程布置方案

方案1：小黑江在小黑江橋以下河道平緩，右岸為G214國道(二級(jí)公路)，左岸為農(nóng)田，且小黑江橋處設(shè)置邊防檢查站，拆遷難度大，而且淹沒投資大。經(jīng)綜合考慮，方案1壩址(下壩址)選擇在小黑江上游約1.5 km處。

根據(jù)地形地質(zhì)條件，大壩采用混凝土重力壩，經(jīng)計(jì)算正常水位為929 m，壩頂高程為930.1 m，壩底高程為850.0 m，最大壩高為80.1 m，壩頂長為354.9 m，總庫容為11 129萬m3。土石方開挖為45萬m3，混凝土澆筑為61萬m3。淹沒公路為22.38 km，水庫淹沒及移民投資為3.96億元。加權(quán)平均水頭為57.25 m，裝機(jī)容量為46 MW，年均發(fā)電量為2.071億kW·h。工程總投資為65 463萬元。

方案2：根據(jù)區(qū)《中國地震烈度區(qū)劃圖(2016)》，小賀科電站位于Ⅷ度區(qū)域，方案1中大壩高為80.1 m，總庫容為11 129萬m3。屬于高震區(qū)的高壩大庫工程，而且淹沒范圍大，所以考慮采用分兩級(jí)開發(fā)方案。

上壩址布置位于小滄線12 km處的小黑江河道中部轉(zhuǎn)彎處，大壩采用混凝土重力壩，正常水位為929 m，壩頂高程為930.5 m，壩底高程為876 m，最大壩高為54.5 m，壩頂長為217 m，總庫容為3 200萬m3。土石方開挖為26萬m3，混凝土澆筑為18.8萬m3。淹沒公路為12.93 km，水庫淹沒及移民投資為1.05億元。加權(quán)平均水頭為39.18 m，裝機(jī)容量為32 MW，年均發(fā)電量為 1.442億kW·h。

下壩址選擇在小黑江上游約1.5 km處，大壩采用混凝土重力壩，正常水位為890 m，壩頂高程為 892 m，壩底高程為855 m，最大壩高為37 m，壩頂長為261 m，總庫容為2 800萬m3。土石方開挖為16.1萬m3，混凝土澆筑為13.8萬m3。淹沒公路為5.52 km，水庫淹沒及移民投資為0.825億元。加權(quán)平均水頭為30.87 m，裝機(jī)容量為28 MW，年均發(fā)電量為1.261億kW·h。

方案3：方案1和方案2電站尾水位為866 m，尚有14 m水頭未能利用。由于下游河道較平緩，右岸為G214國道(二級(jí)公路)，左岸為農(nóng)田，修建梯級(jí)時(shí)征地移民投資較大，工程效益差。

結(jié)合地形條件，小黑江在該河段呈“彎肘”狀河流形態(tài)，根據(jù)地質(zhì)條件，結(jié)合河道梯級(jí)規(guī)劃，在上壩址處設(shè)置隧洞，穿過安海后山山脊，在江邊山電站庫區(qū)沖溝中修建廠房，尾水與江邊山正常水位銜接。隧洞長為8 894 m，斷面為城門型斷面，過水?dāng)嗝娉叽?，寬?.463 m，直墻高為6 m，凈高為7.546 m，頂拱拱角為90°。隧洞后接前池和壓力鋼管，最后進(jìn)入發(fā)電廠房。加權(quán)平均水頭為68.24 m，裝機(jī)容量為56 MW，年均發(fā)電量為2.521億kW·h。

方案4：方案3中隧洞穿過安海后山山脊，中部無位置布置施工支洞，中部埋深達(dá)1 200 m，屬于深埋長隧洞。深埋長隧洞施工難度大，可能出現(xiàn)巖爆、涌水等現(xiàn)象。所以考慮在上壩址為河床式電站，下壩址修建1條較短隧洞，引水至小黑江橋下游發(fā)電。

下壩址修建1條穿過安海后山山脊的隧洞，隧洞長為3 809 m，斷面為城門型斷面，過水?dāng)嗝娉叽?，寬?.463 m，直墻高為6 m，凈高為7.546 m，頂拱拱角為90°。隧洞后接前池和壓力鋼管，最后進(jìn)入發(fā)電廠房。加權(quán)平均水頭為38.45 m，裝機(jī)容量為30 MW，年均發(fā)電量為1.428億kW·h。

方案5：選擇下壩址引水方案(與方案3同庫容方案)。方案5壩址為下壩址，大壩采用混凝土重力壩，正常水位為902 m，壩頂高程為903.1 m，壩底高程為855.0 m，壩體最大壩高為48.1 m，壩頂長為283.6 m，總庫容為3 200萬m3。土石方開挖為22.9萬m3，混凝土澆筑為19.3萬m3。淹沒公路為10.8 km，水庫淹沒及移民投資為1.269 9億元。加權(quán)平均水頭為37.3 m，裝機(jī)容量為 32 MW，年均發(fā)電量為1.442億kW·h。

3.2.2方案比選

根據(jù)規(guī)劃，給合工程地形地質(zhì)條件，從壩高、工程高、電站裝機(jī)、發(fā)電量及淹沒投資等列表對(duì)上述5種方案進(jìn)行綜合比較(見表1)。

表1 方案綜合比較

方案1屬于高震區(qū)的高壩大庫，對(duì)建筑物要求較高，并存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，工程效益一般。方案2采用分級(jí)開發(fā)方式，避免高壩大庫，同時(shí)減少淹沒投資，但由于修建兩座擋水建筑物，工程造價(jià)較高。方案3為高震區(qū)的深埋長隧洞，施工較困難，并可能產(chǎn)生巖爆及涌水等事故。上、下游梯級(jí)銜接好，水能利用率高。方案4為兩級(jí)開發(fā)，并利用短隧洞連接廠房，上、下游梯級(jí)銜接好，水能利用率較高。工程投資大。方案5上、下游梯級(jí)銜接差，電站裝機(jī)小，發(fā)電量少。

通過綜合比較，可以得出以下結(jié)論：

1) 水能規(guī)劃：方案3充分利用了全部水頭，梯級(jí)銜接最好，方案4次之；

2) 工程布置：各方案都滿足要求；

3) 征地移民：方案3淹沒公路最短，征地移民投資最少；

4) 施工條件：方案1和方案2為河床式電站，施工較為方便。而方案3為深埋長隧洞，施工難度相對(duì)較大且深埋長隧洞易發(fā)生巖爆及涌水等事故。

5) 工程效益：方案3單位千瓦投資和單位電能投資最少，效益最好。

參考國內(nèi)外已完成的深埋長隧洞，結(jié)合本工程地質(zhì)條件，本工程隧洞圍巖巖性為石英砂巖及板巖，為較軟巖和不透水巖，發(fā)生巖爆及涌水等事故的可能性不大，加上現(xiàn)階段施工機(jī)械更新及施工技術(shù)的成熟，深埋長隧洞施工難度已不是控制因素[5-6]。

經(jīng)綜合分析比較，方案3在地形地質(zhì)條件、水能指標(biāo)、水庫淹沒、梯級(jí)銜接等各方面都較優(yōu)；而且在單位千瓦投資和電度投資都較其它方案優(yōu)越，故選擇方案3為工程的推薦布置方案。

4 結(jié)語

工程布置合理性直接影響工程的可行性，同時(shí)影響上、下游梯級(jí)的銜接，所以，在工程設(shè)計(jì)階段，更要嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待工程的布置設(shè)計(jì)。小賀科水電站上壩址引水隧洞布置方案現(xiàn)已通過有關(guān)部門審查，業(yè)主正在進(jìn)行施工前期工作。