鳳城市石橋水電站泄水建筑物選擇

蘇興大

（遼寧省鞍山市天水水務咨詢有限公司，遼寧沈陽110003）

鳳城市石橋水電站泄水建筑物選擇

蘇興大

（遼寧省鞍山市天水水務咨詢有限公司，遼寧沈陽110003）

通過分析鳳城市石橋水電站庫區上游潛在淹沒對象，避免工程建設對鳳上線鐵路橋和愛河水源地造成影響，選擇泄流能力較大的泄洪閘作為本工程主要泄水建筑物，對溢流壩、水力自控翻板閘與泄洪閘的組合方案進行比較，通過對在工程布置、運行管理、主要工程量及投資等方面進行分析，確定選用66 m溢流壩和14孔泄洪閘組合方案，確保汛期及時開啟泄洪閘，避免對上游建筑物造成影響，保證電站運行安全。

石橋水電站；泄水建筑物；泄洪閘；溢流壩；水力自控翻板閘；方案

1 工程概況

石橋水電站工程位于遼寧省鳳城市東湯鎮石橋村唐家堡附近的愛河干流上，是愛河流域水能梯級開發規劃中，草河河口以下河段水電開發（三灣、河灣、石橋）的第一級水電站工程。石橋水電站是一座以發電為主的小型徑流式水電站，電站總裝機容量9600 kW，水庫總庫容為3664萬m3，工程等別為Ⅲ等，主要水工建筑物級別為3級。設計洪水標準為20年一遇，校核洪水標準為100年一遇。

愛河是鴨綠江的一級支流，全長181.95 km，流域面積5902 km2，石橋水電站壩址位于草河與愛河匯合口下游2.63 km處，壩址以上控制流域面積為4839 km2。壩址以上集水面積占全流域82%，汛期洪峰值較大，設計洪峰流量（P=5%）達11400 m3/s，校核洪峰流量（P=1%）達16700 m3/s，而且庫區上游4.6 km處有鳳上線草河鐵路橋通過，庫區上游4.8 km處有鳳城市水源地，廠區室外地面高程52.2 m~52.7 m。庫區上游有大片耕地高程較低，同時考慮庫區兩岸居民點高程分布現狀（匯合口處近百戶居民的花家堡子居民點高程在52.0 m~59.1 m之間）。若電站建設淹沒鳳上線鐵路橋和愛河水源地，改建的工程量、投資、施工難度均較大，電站建設單位很難承擔，且建設周期長，將嚴重制約電站建設。因此，本工程布置的原則是盡量少淹沒耕地，盡量不淹沒居民點，不影響鳳上線鐵路橋，不對鳳城市水源地構成影響。泄水建筑物的泄流能力直接影響水庫回水和淹沒范圍，泄水建筑物型式的選擇對本工程至關重要。

2 壩址條件

2.1 壩址地形、地質條件

石橋電站壩址位于愛河下游狹谷段，河谷寬280 m~300 m左右，河道平面比較順直，地貌屬遼東丘陵區，左岸山勢陡峻，地形完整，基巖裸露，山丘走向近SN，最高丘頂137.2 m，基巖露頭較好，右岸丘陵低緩，谷底也有凸向河道基巖裸露，河道抗沖性強，河床基本穩定，溝谷寬坦，地形相對破碎，右丘頂高122.1 m，河床NW向，愛河主河道靠左岸，右岸漫灘發育，河道寬70 m~80 m，地面高程38 m~43 m。

壩址工程地質測繪和鉆探查明，壩基構造簡單，未見斷層通過。壩址區基本地震烈度<Ⅵ度，地震動峰值加速度為0.05 g。

2.2 壩址區筑壩材料賦存條件

塊石料場位于壩址左岸山坡，為擬建電站廠區，廠區開挖面積60×100 m2，平均開挖深度大于6.0 m，儲量豐富、質地優良。試驗測得，壩基二長花崗巖飽和抗壓強度Rb為84.4 MPa，輝長巖Rb為67.2 MPa。

骨料場位于壩址上游400 m至壩址下游400 m范圍內，地面高程39.3 m~42.2 m，巖性為砂礫石，揭露深度3.0 m。地下水埋深1.3 m~2.1 m。經計算，粗骨料儲量24.08萬m3，細骨料儲量13.09萬m3，儲量充足，各項質量指標合格。

3 泄水建筑物初選

水利水電工程的基本壩型有重力壩、拱壩、土石壩三種，根據本工程的具體地形、地質及建筑物材料等條件論述三種壩型在本工程的適用性。

3.1 重力壩

根據地勘資料，壩址處覆蓋層較薄，最大5.0 m，最小0.2 m，基巖為二長花崗巖，巖性單一，沒有大的不良地質構造，基巖的物理力學指標較好，修建重力壩比較適宜。

3.2 拱壩

根據地形資料，壩址區為丘陵地形，左岸陡峻，右岸低緩，寬約280 m（L），最大壩高約14 m（H），河谷與壩高的寬高比L/H=20，根據工程經驗，在L/H＞4.5的寬淺河谷中，拱的作用已經很小，在這種地形條件下不適合修建拱壩。

3.3 土石壩

根據料場調查情況，雖然工程區天然砂礫料、石料儲量豐富，而且質量及開采條件均較好，但工程區附近無粘土料。由于本工程洪峰流量較大，左岸山體陡峭，右岸低緩山丘，地勢較高，不具備修建岸邊溢洪道的條件，因此本工程不適合采用土石壩型。

根據以上論述可知，重力壩作為基本壩型，適用于本工程。

根據本工程地形地質條件，適合本工程布置的泄水建筑物主要有溢流壩、泄洪閘、水利自控翻板閘、液壓鋼壩閘、橡膠壩等。

根據庫區上游建筑物及居民點、耕地的情況，在工程總體布置上應最大限度的加大泄流建筑物泄流能力，如全河道布置橡膠壩、翻板閘、溢流壩或液壓鋼壩閘，受壩袋、閘門高度等限制，過流能力有限，均會對鳳上線鐵路橋和鳳城市水源地造成影響，參考遼寧省已投入運行的低水頭小水電類似工程經驗，選擇泄流能力較大的泄洪閘作為主要泄水建筑物。

但全河道布置泄洪閘勢必增加不必要的投資，因此泄洪閘需與其他泄水建筑物組合布置。考慮橡膠壩壩袋容易被漂浮物損壞，冬季冰凍容易損壞壩袋，且本工程屬于典型山區河流，汛期洪水陡起陡落，橡膠壩排空時間長，無法滿足工程運行要求；而液壓鋼壩閘與水力自控翻板閘相比成本較高、維修養護復雜，因此本工程選擇溢流壩和水力自控翻板閘與泄洪閘組合進行比較。

經調洪演算，在淹沒實物量基本相同的情況下，選用66 m溢流壩和14孔泄洪閘組合與70 m水力自控翻板閘和13孔泄洪閘組合兩種方案進行比較，簡稱溢流壩方案和水力自控翻板閘方案。

4 兩方案工程布置

4.1 溢流壩方案

樞紐建筑物從左至右依次為：河床式水電站廠房、泄洪閘、溢流壩和擋水壩，全長315.6m。具體布置為：樁號0+000~0+055.60為電站壩段；0+055.60~0+237.60為泄洪閘段，總長182m，共14孔，單孔凈寬10 m，泄洪閘為鋼筋混凝土結構，閘底檻高程為38.3 m，泄洪閘門為露頂式平面鋼閘門，閘門尺寸為10.0 m×9.2 m（寬×高），閘墩順水流向長14.0 m、厚1.5 m，墩頂高程53.5 m，布置檢修閘門及工作閘門各一扇，啟閉機平臺高程65.9 m，閘下為消能防沖設施；0+237.60~0+303.60 m為溢流壩段，總長66 m，分4個壩段，壩型為漿砌石重力壩，堰頂高程46.0 m；0+303.60~0+315.60為擋水壩段，壩型為漿砌石重力壩，總長12 m，壩頂高程為51.9 m。電站廠房上游設前池，廠房下游接尾水渠，升壓站布置在廠房的左側偏上游的山坳中，進廠公路布置在左岸。

4.2 水力自控翻板閘方案

樞紐建筑物從左至右依次為：河床式水電站廠房、泄洪閘、水力自控翻板閘和擋水壩，全長316.0 m。具體布置為：樁號0+000~0+055.60為電站壩段；0+055.60~0+224.60為泄洪閘段，總長169 m，共13孔，單孔凈寬10m，閘底檻高程為38.3 m，泄洪閘門為露頂式平面鋼閘門，閘門尺寸10.0 m×9.2 m（寬×高），閘墩順水流向長14.0 m、厚1.5 m，墩頂高程53.5 m，布置檢修閘門及工作閘門各一扇，啟閉機平臺高程65.9m，閘下為消能防沖設施；0+224.60~0+294.60為水力自控翻板閘段，總長70 m，共7扇，閘門高5.0 m，單扇跨度10 m，閘檻高程為41.0 m，閘門頂高程為46.0 m；0+294.60~0+316.0為擋水壩段，總長21.4 m，為漿砌石重力壩，壩頂高程為52.0m，頂寬4.0m，下游壩坡1∶0.75。電站廠房、前池、尾水渠、升壓站及進廠公路布置與溢流壩方案相同。

5 主要工程量及技術經濟指標

根據兩方案的總體布置及各建筑物的結構形式，計算出兩方案的主要工程量及主要技術經濟指標見表1。

表1 兩方案主要工程量及技術經濟指標對比表

6 泄水建筑物選擇

從地形地質條件分析，壩址區地質條件較好、筑壩材料充足，適宜修建重力壩，本工程壩基巖石較好，滿足泄流建筑物消能防沖要求，兩壩型方案均為鋼筋混凝土結構，兩種壩型沒有大的差別；從工程布置上分析，兩方案布置相似，均利用泄洪閘作為主要泄水建筑物，溢流壩方案較水力自控翻板閘方案多布置1孔泄洪閘；從水庫規模上分析，翻板閘方案校核洪水位高0.04 m，總庫容大149萬m3，淹沒實物量差別不大；從工程投資方面分析，兩方案主要工程量和工程造價差距均不大，水力自控翻板閘方案工程總投資比溢流壩方案多23萬元。從施工條件分析，翻板閘施工略復雜。從工程管理方面分析，石橋水電站位于愛河下游，壩址處20年一遇洪峰流量達11400 m3/s，100年一遇洪峰流量達16700 m3/s，考慮愛河為山區河流，汛期洪峰流量大，漂浮物較多，汛期易受上游漂浮物影響。經調查研究，在愛河這樣有較大洪峰流量的河流上采用5 m高的翻板閘，運行、管理和檢修均比較復雜，維護成本較高。而溢流壩作為傳統壩型，在國內外工程中比較常見，技術成熟，具有施工工藝簡單，實用耐久、安全可靠，運行管理簡便，維護成本低等特點，相對而言溢流壩更加安全可靠、實用耐久、管理方便，運行成本相對較低。

通過技術經濟比較分析，兩方案均可行，工程投資基本相當，溢流壩方案在運行、管理方面更加方便，維護成本低，因此，推薦選用更為可靠耐用的溢流壩作為本工程基本壩型，即66 m溢流壩和14孔泄洪閘組合方案。

TV65

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1673-9000（2017）03-0079-02

2017-02-10

蘇興大（1981-），男，遼寧喀左人，工程師，主要從事水利水電工程設計工作。