建設(shè)圣安東尼奧水電站面臨的挑戰(zhàn)

[] A.P.B.

1 工程概述

圣安東尼奧(Santo Antonio)水電站位于巴西亞馬德拉(Madeira)河上，該水電站水力發(fā)電機(jī)組是燈泡式機(jī)組，裝機(jī)容量將超過2 000 MW。

這種低水頭水電站被認(rèn)為對環(huán)境的影響可能是最小的。該項(xiàng)目是里約馬德拉河大型水利樞紐的一部分，目前正在建設(shè)中。

在亞馬遜流域建設(shè)水電工程，意味著每一步都將面臨著挑戰(zhàn)，例如，確保是否完全符合環(huán)境保護(hù)措施。已經(jīng)克服了許多的困難，在項(xiàng)目完成之前可能還會(huì)出現(xiàn)更多的挑戰(zhàn)。開工之前所遇到的第一個(gè)挑戰(zhàn)，就是為當(dāng)?shù)氐墓と颂峁┍匾呐嘤?xùn)，這些培訓(xùn)已經(jīng)順利地完成，有多達(dá)20 000個(gè)工人接受了各種技能培訓(xùn)。

現(xiàn)場施工于2008年9月開始。目前，河床式廠房正在建設(shè)中，馬德拉河的水流從兩側(cè)泄洪道下泄。

一些特別嚴(yán)重的困難，甚至有些困難在此之前從未遇到過，在該項(xiàng)目建設(shè)過程中全都遇到了。不過，均得到了妥善解決。

(1) 首先是導(dǎo)流，將大約20 000 m3/s的平均洪水流量改道而行，隨即在河床建筑物建成之前，讓水庫開始蓄水。

(2) 設(shè)計(jì)一種過魚(有些魚類重達(dá)幾千克)建筑物，以克服電站給它們的生存環(huán)境帶來的非自然障礙。

(3)由于天然洪水的作用，在貝尼(Beni)河高水位期間，每天有多達(dá)3 000根且長度超過2 m的木材從玻利維亞順流而下，在不破壞馬德拉河有機(jī)質(zhì)的平衡條件下，創(chuàng)建一個(gè)可控制的過木裝置。

將魚道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一種具有斜坡的天然河道形式，該結(jié)構(gòu)已經(jīng)做了足尺模型試驗(yàn)。先前布置在河道中的魚道結(jié)構(gòu)，幾乎完全由開挖右岸的巖石建成，魚道下游有2個(gè)入口，上游有1個(gè)出口，且都配備了人字門。兩個(gè)入口形成的主河道寬為10 m，長約900 m。

在巴西里約熱內(nèi)盧弗納斯(Furnas)的實(shí)驗(yàn)室中，用一個(gè)1∶80的模型對導(dǎo)流建筑物和水庫蓄水狀況開展了模擬研究。

對浮木的管理進(jìn)行了長達(dá)2a時(shí)間的觀察，并計(jì)算木材的數(shù)量，也用同比例的模型進(jìn)行了試驗(yàn)。所采用的理念是利用河流的幾何形狀和使用一種使表層洪水改道的浮式結(jié)構(gòu)，浮木由此進(jìn)到水庫內(nèi)的人工渠道內(nèi)，然后，木材被引入一種混凝土結(jié)構(gòu)-“木材泄洪道”，通過它木材可以被安全地排放到電站下游。

2 方案研究

圣安東尼奧水電站位于馬德拉河上，距巴西朗多尼亞州的首府波多韋柳上游6 km。

當(dāng)?shù)退^電站建成后，裝機(jī)容量為3 150 MW，由44臺(tái)燈泡式機(jī)組組成。

2008年9月該項(xiàng)目開始施工，計(jì)劃在2011年11月將圍堰拆除，同時(shí)左岸溢洪道進(jìn)行泄洪。也就是在圍堰完工后，洪水經(jīng)左岸主泄洪道下泄，水庫立刻開始蓄水。

2012年3月，廠房1的第一臺(tái)機(jī)組試運(yùn)行通過后，該水電站便開始投產(chǎn)發(fā)電。這樣對項(xiàng)目的資金流有明顯的積極作用。

目前，正在開挖河床建設(shè)4號廠房，而1號廠房有一半的機(jī)組已經(jīng)投入運(yùn)行，裝機(jī)容量近300 MW，為阿克里(Acre)州和朗多尼亞州供電。該電站還未并入巴西主電網(wǎng)。

3 導(dǎo) 流

馬德拉河在壩址處寬約 1.2 km，在某些地方深達(dá)60 m，平均流量為18 000 m3/s。

如此龐大的導(dǎo)流工程帶來一種空前的挑戰(zhàn)，這需要開展大量的規(guī)劃和研究工作，當(dāng)然也需要有勇氣和運(yùn)氣。

施工順序是按照主河槽不斷流的情況下，允許在兩岸連續(xù)施工的設(shè)想確定的。要做到這一點(diǎn)，需要在普西迪島(Presidio)和右岸之間的河道修建兩道圍堰，而在另一邊，即沿左岸修建U型圍堰。

對每一階段的導(dǎo)流工程，都在弗納斯水力實(shí)驗(yàn)室代表8.7 km的河段的一個(gè)1∶80的水電站模型中進(jìn)行了模型試驗(yàn)。

大約1a前，大江截流真正開始時(shí)，在進(jìn)行導(dǎo)流的第一階段，將左岸與相鄰的島嶼連接，之后與上游主要圍堰結(jié)合成一個(gè)整體，封堵普西迪島與卡喬羅島(Cachorro Island)之間的河道。不久后，這也將成為下游圍堰的一個(gè)組成部分。

對于截流的最后階段，考慮洪水流量為8 000～25 000 m3/s，因此，借助于模型對許多工況進(jìn)行了評估；并且在每種工況下，都確定了用于上游預(yù)設(shè)圍堰的堆石尺寸，以及拋填方法和完成任務(wù)所需放存于兩岸的材料用量。

當(dāng)下一道工序往前推進(jìn)時(shí)，上游預(yù)設(shè)圍堰過渡料被傾倒在每個(gè)已經(jīng)完成延伸的堆石體上。防滲材料的施工過程與其類似。

2011年的枯水季節(jié)來得早，到6月末，導(dǎo)流施工經(jīng)歷的洪水流量為12 000 m3/s。7月5日，開放主溢洪道，7月19日，洪水流量約為8 000 m3/s時(shí)，大江截流完成。

在截流工程完成之后，在上游預(yù)設(shè)圍堰與下游一排堆石體之間修建了壓實(shí)防滲心墻，并將這兩個(gè)結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，其頂部高程達(dá)73 m(按千年一遇洪水設(shè)計(jì))。在修建上游主圍堰(LR3)的同時(shí)，將下游圍堰的高程提高到了60 m，并且對其填筑了過渡料和防滲料。

隨著救魚工作的開展，排水工作開始于2011年8月，完成于2012年1月。

4 魚道設(shè)施

魚道設(shè)施設(shè)置在普西迪島，設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到了黃體短平口鯰(Dourada)的(魯氏短平口鯰)習(xí)性以及其他大約30種魚類的洄游特征。

該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成可以全年運(yùn)行。

普西迪島過魚設(shè)施有2個(gè)入口，一個(gè)是為了將魚引入河床廠房，另一個(gè)則是將魚引入右岸廠房。為了使魚能夠很容易地找到入口，因而盡可能地將入口設(shè)置在緊靠廠房的尾水渠上。

入口的開口幾乎從水體表層一直伸展到底部，這樣使其入口能夠適合于更多生物種類，即從生活在靠近底部的物種到生活在水體表層的物種。

在入口和系統(tǒng)的渠道中都提供了注水設(shè)備，用來吸引魚類，同時(shí)還可以阻礙那些具有較低游動(dòng)性能的非遷徙物種。

根據(jù)在實(shí)驗(yàn)渠道上的試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)的魚道系統(tǒng)在入口的水流速度約為2 m/s，渠道內(nèi)部的速度大于0.3 m/s。

所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總長度為1 200 m，由4個(gè)不同部分組成。

(1) 2個(gè)入口渠道，起始于右岸尾水渠,渠道入口寬為4 m，長為32 m；連接河床廠房尾水渠的渠道入口寬為6 m，長為39 m；

(2) 主渠道長約 1.1 km，寬為10 m；

(3) 通向水庫的出口渠道長為55 m，寬為5 m。

利用石籠在矩形截面的渠道中形成靜止的池室和隔板，這種設(shè)計(jì)有益于維護(hù)和調(diào)整湍流。在魚道的入口和出口處，都安裝了能垂直啟閉的人字形閘門。

5 浮木管理系統(tǒng)

正是因?yàn)樵谟昙驹摵恿魃嫌写罅康母?dòng)木材，所以人們才將該河流命名為馬德拉河，在葡萄牙語中是“木材”的意思。

基于木材漂浮于河流的表面，且最大深度約為4 m這一實(shí)際情況，而提出了開發(fā)木材管理系統(tǒng)的方案設(shè)想。因此，設(shè)計(jì)了一種特殊的木材堰以將表面的浮木轉(zhuǎn)移到人工渠道內(nèi)，該渠道在庫區(qū)由堤壩圍成，可以將漂浮材輸送到水電站附近，由設(shè)置在此處的木材堰將這些漂浮木材輸送到混凝土結(jié)構(gòu)的“木材泄洪道”內(nèi)，這些浮木由此流向下游。