三灣水利樞紐工程總體布置方案比選

崔 瑞

(遼寧水利職業學院，沈陽 110122)

三灣水利樞紐工程總體布置方案比選

崔 瑞

(遼寧水利職業學院，沈陽 110122)

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

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，工程由水庫樞紐工程、輸水工程和凈水廠3部分組成。主要承擔向丹東市供水的任務，水庫最大庫容為1.27億 m3，水庫建成后2025年向丹東市年供水2.05億 m3。

丹東市為地級城市，城區總人口76萬人，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，對保證丹東市的供水安全具有無可替代的重要作用。

2 洪水標準

根據GB50201—94《防洪標準》、SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》的有關規定，按山區、丘陵區確定水庫水工建筑物的防洪標準如下：

2.1 主要建筑物

擋水壩、泄洪閘、電站廠房的擋水部分按100a一遇洪水設計、1000a一遇洪水校核；電站廠房的非擋水部分按50a一遇洪水設計，200a一遇洪水校核；取水泵站按供水工程確定洪水標準，根據其對丹東市供水的重要程度宜取高限，確定設計洪水為50a一遇，校核洪水為200a一遇。

2.2 次要建筑物

消力池、導流墻按 50a一遇洪水設計。

2.3 其他次要建筑物

攔砂坎、變電站、庫內碼頭等按50a一遇洪水設計，200a一遇洪水校核。

3 主要建筑物級別

3.1 水庫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級建筑物，電站廠房的非擋水部分為3級建筑物[1]。

3.2 次要建筑物

消能防沖建筑物、導流墻、攔砂坎、副廠房、變電站等為3級建筑物。臨時性水工建筑物為4級建筑物。

4 建筑物的組成

本工程的主要任務是為城市供水，兼顧發電，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電建筑物等。

另外，根據環保部門的要求，為保護洄游魚類，還必須布置過魚建筑物，同時還應結合工程布置滿足下游環境用水要求。

1)擋水建筑物為混凝土重力壩，布置在大壩的兩側。

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，因此泄洪建筑物應布置在主河床上。

由于本工程的主要任務是城市供水，不承擔防洪任務，因此樞紐的規模根據興利要求確定，根據利水調節成果，本工程的所需的興利庫容不大，正常高水位 20.5m即可滿足興利要求，同時根據洪水資料，愛河汛期洪峰量值較高，100a一遇洪水(設計洪水標準)洪峰流量為19000m3/s，1000a一遇洪水洪峰流量(校核洪水標準)為27700m3/s，需要較大的行洪斷面，為節約投資，盡量降低壩高，泄洪建筑物的底坎高程應盡量降低，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，廠壩結構在河床上銜接為一體。

電站廠房布置兩個壩段，總長為54.74m，上、下游總寬度為38.60m，主廠房安裝兩臺大機和1臺小機燈泡貫流式機組。副廠房布置電站壩段后，布置有中控室、電工實驗室、通訊室等。升壓站設兩臺主變壓器，布置在左側上壩公路的山坡上。

4)因本工程的主壩壩型已選定混凝土重力壩，本著經濟和便于管理的原則，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、電站和魚道后，還有足夠的位置布置引水壩段，因此本次設計引水建筑物型式選用壩體引水口型式。

由于引水壩段的進水口底高程較低，為提高引水質量、降低進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，由于供水管線布置在右岸，為節約管線的投資，引水壩段宜布置在右岸。

5)目前我國魚道設計研究資料較少，根據國外已建工程經驗，魚道形式主要有3種類型，即平面式魚道、導墻式魚道和梯級式(臺階式)魚道[2]。

平面式魚道是較早的魚道形式，類似于水渠，有直線型、彎曲型等，魚道流速較大，適用于游泳能力較強的洄游魚類。

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

導墻的橫斷面一般為長方形，可減少由于狹窄過水而產生的渦流。導墻式魚道為目前較為普遍采用的形式。

梯級式魚道又稱水池梯級式魚道，在平面水渠內設置控制水的隔墻，在減小坡度的同時可形成一個個相連的水池，并產生溢流，魚道以斜坡形式延伸，魚道的隔墻形狀較多，可在隔墻頂部和底部同時開孔，上部水流較急，下部水流較緩，可適應多種魚類[3]。

考慮本河段各種魚類生物學特點，采用導墻式魚道。因本工程的主壩壩型已選定混凝土重力壩，為節約投資，將魚道布置在混凝土壩上，設置一個魚道壩段。

魚道入口必須布置在易為魚類所發現且有利于魚類集結的地方，魚道入口的誘魚能力與它在壩上所處的位置和水力學條件(流速、流量、流態等)密切相關，近年來都將入口布置在電站尾水附近，利用電站泄水誘魚。因此本工程魚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，過魚建筑物應緊鄰電站壩段布置，而電站壩段布置在左、右岸均可，需進行比較，因此根據電站壩段的不同布置選擇了2種樞紐總體布置方案進行綜合比較：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545.36m，共分為34個壩段。自左岸開始，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，布置兩臺大機組和1臺小機組，二壩段寬36.36m，廠房布置在壩后，在電站壩段以左上游側設攔砂坎，下游尾渠直對主河道；6#壩段為魚道壩段，為導墻式魚道，壩段寬13.50m；魚道壩段的右側，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個壩段，總寬度為326.0m；緊鄰泄洪閘右側的27#壩段為城市供水引水壩段，設置3個城市供水引水口，其中一個兼做下游環境用水供水口，壩段寬16.0m，取水泵站設在右岸壩下；引水壩段右側28～34#壩段為右岸擋水壩段，總寬度為115.0m；擋水壩段右側的山坡內設置22.0m長的混凝土刺墻；升壓站設在左側上壩公路的山坡上；下游兩岸各設一條上壩公路，公路延伸至下游愛河大橋；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545.36m，共分為34個壩段。自左岸開始，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個壩段，總寬度為326.0m；泄洪閘右側24#壩段為魚道壩段，為導墻式魚道，壩段寬13.50m；魚道壩段右側的25#、26#壩段為電站壩段，為河床式電站，布置兩臺大機組和1臺小機組，二壩段寬36.36m，廠房布置在壩后，在電站壩段以右上游側設攔砂坎，下游設長尾渠將發電尾水送入主河道；緊鄰電站壩段右側的27#壩段為城市供水引水壩段，設置3個城市供水引水口，其中一個兼做下游環境用水供水口，壩段寬16.0m，取水泵站及升壓站均設在右岸壩下；引水壩段右側28～34#壩段為右岸擋水壩段，總寬度為115.0m；擋水壩段右側的山坡內設置22.0m長的混凝土刺墻；下游兩岸各設一條上壩公路，公路延伸至下游愛河大橋；管理局布置在右岸下游的山坡上[7]。

5.3 方案工程量、投資對比

根據兩方案的工程總體布置及各建筑物的結構形式，計算出了兩方案的主要工程量：

5.3.1 電站布置在左岸方案

土方開挖26.03萬 m3，石方開挖6.71萬 m3，土石方回填11.23萬 m3，混凝土21.74萬 m3，鋼筋5219t。

5.3.2 電站布置在右岸方案

土方開挖35.93萬 m3，石方開挖6.1萬 m3，土石方回填12.43萬 m3，混凝土22.49萬 m3，鋼筋5269t。

5.3.3 投資對比

電站布置在左岸方案建筑工程投資15832萬元，工程靜態投資53051萬元。電站布置在右岸方案建筑工程投資16457萬元，工程靜態投資53888萬元。

5.4 方案的優缺點對比

5.4.1 電站布置在左岸方案優點

1)工程造價較低。

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

電站廠房與泵站分別設置在泄洪閘的兩側，管理稍顯不便。

5.4.3 電站布置在右岸方案優點

電站廠房與泵站集中布置在右岸壩下的平臺上，并且距管理局較近，運行管理稍方便。

5.4.4 電站布置在右岸方案缺點

1)工程投資稍高。

2)電站位置遠離主河槽，地面高程較高，開挖量較大。

3)由于電站位置遠離主河槽，需修建較長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

綜合分析，兩種布置方案從技術角度看均是可行的，工程靜態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.鴨河口水庫白桐灌區渠首樞紐總體布置[J].人民長江，1966(03)：18-20.

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

[3]陳玥，李黎臨.基于某水庫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計特點[J].水利水電技術，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].人民長江，2004,35(05)：1-2.

[6]張忠輝，朱方君，郝慶彬，邵爭勝.馬里共和國中巴尼水利樞紐工程總體布置設計[J].水利水電工程設計，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].水力發電，2010,36(11)：42-45.

1007-7596(2014)01-0063-03

2013-05-08

崔瑞(1965-)，女，遼寧沈陽人，高級工程師，從事農業水利工程工作。

TV511

B