砬子溝水電站工程布置方案比較分析

賀啟有

砬子溝水電站工程布置方案比較分析

賀啟有

（遼寧省丹東市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 丹東 118000）

砬子溝水電站為河床式電站，電站廠房有河道右岸和河道左岸兩個(gè)初步布置方案。筆者對(duì)兩個(gè)方案的自然條件、樞紐布置要求、綜合利用、施工及運(yùn)行條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，最終推薦發(fā)電站廠房位于蒲石河左岸為優(yōu)選方案。

砬子溝；水電站；工程布置；方案比較

砬子溝水電站位于遼寧省丹東市寬甸縣古樓子鄉(xiāng)砬子溝村，壩址位于蒲石河中下游，距丹東市40km。壩址以上集水面積1174km2。

該電站于1956年建成，為引水式水電站。壩長(zhǎng)266 m，為簡(jiǎn)易的埋石混凝土溢流壩，壩高2.5 m，進(jìn)水渠位于攔河壩的右岸，長(zhǎng)550m，寬5m，進(jìn)水渠擋墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，墻高約3.0m，電站廠房位于進(jìn)水渠的末端，現(xiàn)有裝機(jī)250kW。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的運(yùn)行，電站廠房破舊不堪，工程損壞嚴(yán)重，設(shè)備老化，效率低下，已無(wú)法正常運(yùn)行。主要表現(xiàn)為：攔河壩斷面窄小，混凝土碳化嚴(yán)重，已有多處脫落損毀；進(jìn)水渠淤堵嚴(yán)重，漿砌石擋墻塊石、砂漿脫落嚴(yán)重，漏水現(xiàn)象突出，存在倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。因此，該電站急需改造，改造后可以增加電力供應(yīng)，緩解區(qū)域電力緊張的矛盾，促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 建設(shè)條件

1.1 自然概況

蒲石河全長(zhǎng)121.8km，流域面積1200km2，為南北向狹長(zhǎng)形流域，其中山地占74%，丘陵占26%。河道彎曲狹窄，凹岸一般緊連陡峻的山體，凸岸為河漫灘，漫灘寬度為50～200m不等，多由卵石組成，向上為二級(jí)臺(tái)地或山體，河谷寬度為100～500m不等。

1.2 氣象與水文

蒲石河砬子溝水文站多年平均降水量1154.5mm，多年平均蒸發(fā)量1155.8mm，多年平均氣溫6.6℃，極端最高氣溫35.0℃，極端最低氣溫-38.5℃，最大凍土深1.32m，最大冰厚0.77m。砬子溝水電站的多年平均徑流量為23.53 m3/s，10年一遇洪峰流量為4240 m3/s，50年一遇洪峰流量為5470 m3/s。

1.3 地質(zhì)地形

該工程庫(kù)區(qū)位于蒲石河下游的低山丘陵區(qū)，地形起伏較大，呈北高南低趨勢(shì)。庫(kù)區(qū)內(nèi)地貌類型為“U”字型河谷地貌，坡腳海拔高程約為46.58～50.00m。低山丘陵受到的侵蝕作用以自然剝蝕為主，左岸山坡重力堆積嚴(yán)重，形成較厚的（塊）碎石堆積體；右岸植被發(fā)育，部分地段巖石裸露。地層巖性從上至下依次如下。

（1）坡積土：以灰褐色為主，稍濕稍密，主要位于左岸坡腳下，厚度為5.00m。

（2）卵石層：黃色，濕～飽和，中密，粒徑以2～20cm為主，主要分布于河床、河漫灘及一級(jí)階地上，厚度為1.20～4.00m。

（3）前震旦系混合巖：巖石呈灰青色，大部分為中等風(fēng)化，分布在壩線兩側(cè)的山體及河床的底部。

2 工程布置方案比較

砬子溝水電站的任務(wù)是以發(fā)電為主，兼顧旅游、養(yǎng)殖。水電站為徑流式小型水電站，無(wú)調(diào)節(jié)性能，水庫(kù)正常蓄水位42.5m，相應(yīng)庫(kù)容136.82萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)洪水位（p=10%）44.02m，相應(yīng)庫(kù)容為210.49萬(wàn)m3，校核洪水位（p=2%）46.11m，相應(yīng)庫(kù)容為339.45萬(wàn)m3。設(shè)計(jì)水頭為7.83m，裝機(jī)容量為1000 ×2+630×2=3260kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量847萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為2598h，引用流量為50.02m3/s。

砬子溝水電站在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，改造后為河床式水電站，丹東地區(qū)的洪水具有峰高量大，陡漲陡落的特點(diǎn)，在工程布置上首先應(yīng)重點(diǎn)考慮泄洪問(wèn)題，結(jié)合工程的實(shí)際情況，水電站廠房布置有河道右岸（方案一）和河道左岸（方案二）兩個(gè)初步方案。

2.1 工程布置方案

樞紐與河道正交，成“一”字行布置，壩軸線長(zhǎng)274.3m。

方案一：發(fā)電站廠房位于蒲石河右岸，從右至左依次布置為：右岸擋水壩段20m，廠房壩段27.3m，沖沙閘段9m，翻板閘門溢流壩段210m，左岸擋水壩段8m。攔河壩為混凝土重力壩，最大壩高11.90m，河床中央翻板閘門溢流壩布置有26孔8m×3.84m的水力自控翻板閘門，溢流堰堰頂高程38.66m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)10m。沖沙閘為2孔3m×3m的平板鋼閘門，堰頂高程為36.00m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)10m。四臺(tái)主變壓器布置在副廠房右端，升壓站平面尺寸為25m×25m，地面高程為42.00 m。

電站尾水渠位于河道主槽右岸，即原電站進(jìn)水渠的位置，尾水渠與沖沙閘之間設(shè)置導(dǎo)流墻，導(dǎo)流墻長(zhǎng)390m，將尾水渠與主河道隔開，以減小沖沙閘和泄洪閘運(yùn)行時(shí)對(duì)電站尾水的影響。

上壩公路布置在右岸，由于右岸山體陡峭，需要開山修建，分別通向廠房、開關(guān)站和壩頂交通橋。

方案二：發(fā)電站廠房位于蒲石河左岸，從右至左依次布置為：右岸擋水壩段8m，翻板閘門溢流壩段210m，沖沙閘段9m，廠房壩段27.3m，左岸擋水壩段20m。攔河壩、主廠房和副廠房的結(jié)構(gòu)型式及尺寸同方案一。

主廠房總長(zhǎng)27.3m，寬9.0m，其中安裝場(chǎng)長(zhǎng)8.10m，位于主機(jī)房左側(cè)。副廠房位于主廠房下游側(cè)，平面尺寸為27.3m×6m。

電站尾水渠位于河道左岸，壩下夾信子島左側(cè)的天然溝道內(nèi)，長(zhǎng)1520m，前10m底寬為24.00m，之后漸變至18.00m，進(jìn)口底高程32.66m，出口底高程31.90m。

4臺(tái)主變壓器布置在副廠房左端。上壩公路在左岸沿尾水渠道布置，分別通向廠房、開關(guān)站。

2.2 方案分析比較

兩個(gè)方案的主要區(qū)別在于電站廠房的布置位置不同，方案一廠房位于河道右岸，方案二廠房位于河道左岸。從而導(dǎo)致電站的道路交通、尾水渠、聯(lián)網(wǎng)線路、工程投資等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不同。

（1）進(jìn)廠交通道路：方案一的進(jìn)廠道路布置在右岸，從地形上看，右岸為大面積的陡峭山體，需要在右岸的山嶺上修建進(jìn)廠道路，進(jìn)廠道路占地較多，施工難度大，不確定性因素較多，工期長(zhǎng)，影響主體工程施工，投資大。方案二的進(jìn)廠道路布置在左岸，沿尾水渠道的左岸布置，地形比較平坦，可利用現(xiàn)有村路，進(jìn)廠道路占地較少，施工難度不大，工期短，投資較少。經(jīng)過(guò)估算，在進(jìn)廠道路方面，方案一比方案二增加投資329萬(wàn)元。

（2）尾水渠：方案一的尾水渠位于河道主槽右岸，尾水渠與沖沙閘之間設(shè)置導(dǎo)流墻，導(dǎo)流墻長(zhǎng)390m，將尾水渠與主河道隔開，主要工程量為土石方開挖和混凝土導(dǎo)流墻，尾水渠較短，工程量較小，投資較??；由于尾水渠位于河道主槽右岸擠占了河道的行洪斷面，對(duì)行洪不利，施工難度較大。方案二的尾水渠位于河道左岸壩下夾信子島左側(cè)的天然溝道內(nèi)，長(zhǎng)1520m，利用了原有溝道，主要工程量為土石方開挖和尾水渠干砌石護(hù)砌，尾水渠較長(zhǎng)，工程量較大，投資較大，但施工難度不大。經(jīng)過(guò)估算，在尾水渠方面，方案一比方案二減少投資83萬(wàn)元。

（3）聯(lián)網(wǎng)線路：由于聯(lián)網(wǎng)線路位于河道的左側(cè)，所以方案一需要修建高架塔跨河并網(wǎng)，方案二不需要跨河，可以直接并網(wǎng)。方案一的聯(lián)網(wǎng)線路投資較高，而且耗工耗時(shí)，后期運(yùn)行管理、維修等也十分不便。經(jīng)過(guò)估算，在聯(lián)網(wǎng)線路方面，方案一比方案二增加投資60萬(wàn)元。

（4）工程投資：由于兩個(gè)方案的正常蓄水位一致，尾水渠渠首高程基本持平，兩種方案的可利用水頭沒(méi)有明顯差別，裝機(jī)容量和年平均發(fā)電量也基本一致。經(jīng)過(guò)估算，方案一的投資為3634萬(wàn)元，方案二的投資為3328萬(wàn)元，方案二比方案一節(jié)省投資306萬(wàn)元。

通過(guò)以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可以看出，兩方案的經(jīng)濟(jì)效益基本一致，方案二較方案一節(jié)省306萬(wàn)元，并且方案二的交通便利，有利于后期的管理與維護(hù)，所以優(yōu)選方案二作為工程布置的推薦方案。目前，該方案已經(jīng)通過(guò)上級(jí)有關(guān)部門的審批。

3 結(jié) 論

砬子溝水電站是蒲石河中下游的徑流式電站，為河床式電站。蒲石河屬于遼東典型山區(qū)河流，峰高量大，在工程布置上首先應(yīng)考慮滿足泄洪要求，應(yīng)選擇泄流量較大的泄水建筑物，加大泄流量，減小上游水位雍高。在大流量、小水頭的水電站布置中，在條件允許的情況下，可以考慮修建尾水渠，加大發(fā)電水頭，增加電站裝機(jī)和發(fā)電量。

就水電站工程而言，通常應(yīng)考慮將電站廠房分別布置在左岸和右岸，通過(guò)對(duì)兩個(gè)方案的自然條件、樞紐布置要求、綜合利用、施工及運(yùn)行條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素，進(jìn)行綜合比較，優(yōu)選工程布置方案。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合比選，砬子溝水電站的最終改造方案，優(yōu)選發(fā)電站廠房位于蒲石河左岸的推薦方案。

[1] SL253-2000溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范.北京:中國(guó)水利水電出版社,2000.

[2] SL319-2005混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范.北京:中國(guó)水利水電出版社,2005.

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.05.014

TV73

B

1008-1305（2014）05-0040-02

賀啟有（1975年-），男，高級(jí)工程師。