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        三灣水利樞紐工程總體布置方案比選

        2014-04-02 22:03:19
        黑龍江水利科技 2014年1期
        關(guān)鍵詞:魚道泄洪閘壩段

        崔 瑞

        (遼寧水利職業(yè)學(xué)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(yè)學(xué)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(fā)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(jù)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(shù)角度看均是可行的,因I方案工程靜態(tài)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(shè)提供施工基礎(chǔ)和技術(shù)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(fā)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(wù),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(qū)總?cè)丝?6萬人,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(jù)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(guān)規(guī)定,按山區(qū)、丘陵區(qū)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(shè)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(shè)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(jù)其對丹東市供水的重要程度宜取高限,確定設(shè)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(dǎo)流墻按 50a一遇洪水設(shè)計。

        2.3 其他次要建筑物

        攔砂坎、變電站、庫內(nèi)碼頭等按50a一遇洪水設(shè)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(dǎo)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(wù)是為城市供水,兼顧發(fā)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(fā)電建筑物等。

        另外,根據(jù)環(huán)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(yīng)結(jié)合工程布置滿足下游環(huán)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(cè)。

        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(yīng)布置在主河床上。

        由于本工程的主要任務(wù)是城市供水,不承擔防洪任務(wù),因此樞紐的規(guī)模根據(jù)興利要求確定,根據(jù)利水調(diào)節(jié)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(jù)洪水資料,愛河汛期洪峰量值較高,100a一遇洪水(設(shè)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(jié)約投資,盡量降低壩高,泄洪建筑物的底坎高程應(yīng)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(fā)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(jié)構(gòu)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(shè)兩臺主變壓器,布置在左側(cè)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(jīng)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(shè)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(zhì)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(jié)約管線的投資,引水壩段宜布置在右岸。

        5)目前我國魚道設(shè)計研究資料較少,根據(jù)國外已建工程經(jīng)驗,魚道形式主要有3種類型,即平面式魚道、導(dǎo)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(dǎo)墻式魚道即在魚道水渠中設(shè)置橫隔水墻(導(dǎo)墻)以減緩水流的流速,導(dǎo)墻的形狀、間距、突出方向多種多樣,有直角導(dǎo)墻、斜角導(dǎo)墻和復(fù)式導(dǎo)墻等。

        導(dǎo)墻的橫斷面一般為長方形,可減少由于狹窄過水而產(chǎn)生的渦流。導(dǎo)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(nèi)設(shè)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(chǎn)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(yīng)多種魚類[3]。

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

        魚道入口必須布置在易為魚類所發(fā)現(xiàn)且有利于魚類集結(jié)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(xué)條件(流速、流量、流態(tài)等)密切相關(guān),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(yīng)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(jù)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(cè)設(shè)攔砂坎,下游尾渠直對主河道;6#壩段為魚道壩段,為導(dǎo)墻式魚道,壩段寬13.50m;魚道壩段的右側(cè),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(cè)的27#壩段為城市供水引水壩段,設(shè)置3個城市供水引水口,其中一個兼做下游環(huán)境用水供水口,壩段寬16.0m,取水泵站設(shè)在右岸壩下;引水壩段右側(cè)28~34#壩段為右岸擋水壩段,總寬度為115.0m;擋水壩段右側(cè)的山坡內(nèi)設(shè)置22.0m長的混凝土刺墻;升壓站設(shè)在左側(cè)上壩公路的山坡上;下游兩岸各設(shè)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(cè)24#壩段為魚道壩段,為導(dǎo)墻式魚道,壩段寬13.50m;魚道壩段右側(cè)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(cè)設(shè)攔砂坎,下游設(shè)長尾渠將發(fā)電尾水送入主河道;緊鄰電站壩段右側(cè)的27#壩段為城市供水引水壩段,設(shè)置3個城市供水引水口,其中一個兼做下游環(huán)境用水供水口,壩段寬16.0m,取水泵站及升壓站均設(shè)在右岸壩下;引水壩段右側(cè)28~34#壩段為右岸擋水壩段,總寬度為115.0m;擋水壩段右側(cè)的山坡內(nèi)設(shè)置22.0m長的混凝土刺墻;下游兩岸各設(shè)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(jù)兩方案的工程總體布置及各建筑物的結(jié)構(gòu)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(tài)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(tài)投資53888萬元。

        5.4 方案的優(yōu)缺點對比

        5.4.1 電站布置在左岸方案優(yōu)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(shè)置在泄洪閘的兩側(cè),管理稍顯不便。

        5.4.3 電站布置在右岸方案優(yōu)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(jié)

        綜合分析,兩種布置方案從技術(shù)角度看均是可行的,工程靜態(tài)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(qū)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(nóng)業(yè),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(shè)計特點[J].水利水電技術(shù),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(shè)計[J].水利水電工程設(shè)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(fā)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(nóng)業(yè)水利工程工作。

        TV511

        B

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