小賀科水電站布置方案比選

辛道濤,程昌勇,趙景志

(水利部珠江水利委員會技術咨詢中心，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支流，流經臨滄市耿馬、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‰。流域內水系發育，水力資源豐富，干流中游河段落差集中，開發條件好，以水電開發為主。

根據《臨滄市小黑江中游河段及支流拉勐河水電規劃報告》，小黑江干流中段(控制高程為840～970 m)開發三級電站，其中第一級為賀柯電站，第二級為小賀科電站，第三級為江邊山電站。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 水文地質條件

2.1 水文條件

根據流域內勐省水文站、雙江及耿馬氣象站實測資料統計：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℃，平均相對濕度為73%，年平均日照為2 212 h左右，日照率為65%。地區多年平均蒸發量在1 700～2 302 mm之間(20 cm口徑)；平均無霜期為300 d，平均風速為1.7～1.9 m/s，常年風向以西南風偏多，年最大風速為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。勐省水文站實測最大流量為803 m3/s，實測最小流量為2.69 m3/s[1-2]。

2.2 地質條件

工程區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，工程區內地層出露比較齊全，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巖，變質巖。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(Qh)組成。

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

庫區小黑江河谷段為本區最低侵蝕基準面，系地下水補給河水，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。

工程區巖體風化程度受巖性和地質構造控制，變質碎屑巖地層中變質泥質粉砂巖和板巖較石英片巖風化深。

上壩址左岸基巖大部裸露以全～強風化巖體為主，全風化層厚為0～5.8 m，強風化厚度為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，全風化層厚為0～6.5 m，強風化層厚度為6.5～15.5 m。河床部位強風化厚度為0.0～1.30 m。下壩址帶地形寬緩開闊，自然山體穩定，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南段群下亞群:片里化石英砂巖、變質不等粒石英砂巖夾絹云石英微晶片巖、板巖。強風化層厚為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為賀柯電站，尾水控制高程為940 m，為壩后式電站。第三級為江邊山電站，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鎮政府所在地，并且有滄源南華勐省糖業有限公司、勐省農場等企業，地勢平坦，為當地經濟文化中心，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。小黑江經過勐省鎮后流向轉東，在石佛洞位置進入峽谷，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90°變為向南流，至賽弄附近又轉向西流，形成“彎肘”狀河流形態。規劃壩址在小黑江橋至石佛洞這一河段內。

根據該河段地形地質條件、庫區條件、公路情況，經綜合考慮，初擬上、下2個壩址5個方案進行綜合比較。

方案1：下壩址河床式高壩方案；

方案2：河道分梯級開發，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+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(二級公路)，左岸為農田，且小黑江橋處設置邊防檢查站，拆遷難度大，而且淹沒投資大。經綜合考慮，方案1壩址(下壩址)選擇在小黑江上游約1.5 km處。

根據地形地質條件，大壩采用混凝土重力壩，經計算正常水位為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。加權平均水頭為57.25 m，裝機容量為46 MW，年均發電量為2.071億kW·h。工程總投資為65 463萬元。

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

上壩址布置位于小滄線12 km處的小黑江河道中部轉彎處，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。加權平均水頭為39.18 m，裝機容量為32 MW，年均發電量為 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。加權平均水頭為30.87 m，裝機容量為28 MW，年均發電量為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(二級公路)，左岸為農田，修建梯級時征地移民投資較大，工程效益差。

結合地形條件，小黑江在該河段呈“彎肘”狀河流形態，根據地質條件，結合河道梯級規劃，在上壩址處設置隧洞，穿過安海后山山脊，在江邊山電站庫區沖溝中修建廠房，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，過水斷面尺寸，寬為7.463 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，最后進入發電廠房。加權平均水頭為68.24 m，裝機容量為56 MW，年均發電量為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1 200 m，屬于深埋長隧洞。深埋長隧洞施工難度大，可能出現巖爆、涌水等現象。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，過水斷面尺寸，寬為7.463 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，最后進入發電廠房。加權平均水頭為38.45 m，裝機容量為30 MW，年均發電量為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。加權平均水頭為37.3 m，裝機容量為 32 MW，年均發電量為1.442億kW·h。

3.2.2方案比選

根據規劃，給合工程地形地質條件，從壩高、工程高、電站裝機、發電量及淹沒投資等列表對上述5種方案進行綜合比較(見表1)。

表1 方案綜合比較

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

通過綜合比較，可以得出以下結論：

1) 水能規劃：方案3充分利用了全部水頭，梯級銜接最好，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，施工難度相對較大且深埋長隧洞易發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。

參考國內外已完成的深埋長隧洞，結合本工程地質條件，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，發生巖爆及涌水等事故的可能性不大，加上現階段施工機械更新及施工技術的成熟，深埋長隧洞施工難度已不是控制因素[5-6]。

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

4 結語

工程布置合理性直接影響工程的可行性，同時影響上、下游梯級的銜接，所以，在工程設計階段，更要嚴謹對待工程的布置設計。小賀科水電站上壩址引水隧洞布置方案現已通過有關部門審查，業主正在進行施工前期工作。