浅谈沥口水电枢纽工程的枢纽布置

　　摘要：沥口水电枢纽工程系东江干流梯级开发的其中一个重要梯级，其效益以发电为主，兼有航运、灌溉、改善水环境等多功能。在枢纽布置时需根据各建筑物的功能要求，分别从地形、地质、水文、通航、施工、电能指标、工程造价等方面综合比选，确定投资省、布置合理的最优方案。
　　关键词：水电枢纽，布置，发电，最优方案
　　广东省紫金县沥口水电枢纽工程系东江干流梯级开发的第十一个梯级，上接风光梯级，下接下矶角电站，是以发电为主，兼顾航运、灌溉等多功能的综合利用工程。正常蓄水位26.5m，对应库容2950万m3，电站装机容量48MW，多年平均发电量2.42亿kW•h，可改善航道里程32km，灌溉面积达1.74万亩。沥口水电枢纽工程建设，将为河源市和惠州市的社会经济可持续发展创造良好条件和提供灌溉用水的保障，工程建设是非常必要的。
　　1枢纽主要建筑物基本情况及布置要求
　　枢纽由拦河闸坝、水电站厂房、船闸、连接土坝、灌溉引水闸等建筑物组成。
　　拦河闸坝轴线走向基本与河床水流垂直，为开敞式结构。拦河闸坝两端与电站厂房及船闸相邻。根据过流能力计算，拦河闸坝共需19孔，每孔净宽14m，全长309.5m。闸墩顶高程为33.5m，闸室顺水流向的长度为17m，闸坝顶交通桥作枢纽运行管理之用，宽度为5m。溢流堰为宽顶堰，采用底流式消能，闸后设消力池。
　　水电站厂房为低水头河床式，布置于河床岸边，由主厂房、副厂房、升压站及生产、生活、管理用房等组成。主厂房内装贯流灯泡式机组4台，单机容量12MW，主厂房平面尺寸为69.02m×22.19m，安装间位于主厂房侧端河岸上，副厂房位于主厂房下游，布置尾水流道上方位置。厂区附近需布置110kV变电站、厂区管理楼等，变电站平面尺寸为60m×40m。
　　船闸按V-（3）级单线单级设计，总宽度为34m，闸室有效长度120m，有效宽度16m，上游门槛水深2.5m，下游门槛水深3.5m。船闸需布置在原河床的主航道位置。
　　土坝为左右岸连接建筑物，连接长度视枢纽建筑物布置情况而定。坝顶宽5m，坝顶高程33.5m，不设防浪墙。上游坡比1：3，下游为1：2.5，采用干砌石护坡。
　　根据枢纽开发任务，本工程需承担坝址下游右岸的博罗县观音阁、沙岭、南村三片灌区共1.74万亩耕地的灌溉任务。枢纽布置考虑灌溉引水系统设计，包括灌溉进水闸、引水涵管和引水明渠。
　　2坝轴线的选择
　　以上一阶段推荐的坝轴线为上坝线，在该轴线下游120m处拟定一条轴线为下坝线，对两条坝轴线进行枢纽布置及技术经济比较。
　　2.1方案布置
　　根据地形、水力条件、施工条件及运行管理条件，选取上坝线枢纽布置代表方案为：船闸位于东江河道的右岸侧，电站厂房位于左岸侧，船闸与厂房之间布置19孔闸坝。由于上、下坝线相距只有120m，其地形、水力条件、通航条件、施工条件、运行管理条件两坝线基本相同，选取下坝线枢纽布置的代表方案为：船闸位于东江河道的右岸侧，电站厂房位于左岸侧，闸坝布置同上。
　　2.2坝轴线比较
　　1）地形条件比较
　　上下坝线所在位置均为河谷地貌，由东江Ⅰ级阶地与红花樟、桂山等山体形成“U”型地形。上下坝线左侧均有一山体，下坝线左侧阶地尖灭，河床紧接山体，河床较窄，不利枢纽建筑物布置，地质报告认为，若枢纽建筑物靠山布置，有发生山体滑移、坍塌威胁建筑物安全的风险。而上坝线左侧阶地较宽，河岸距山体较远，河床相对较宽，有利于枢纽建筑物布置，且无山坡滑移、坍塌的风险。故上坝线优于下坝线。
　　2）地质条件比较
　　上下坝线的坝基础，可选用下伏砂砾石层作为持力层，上坝线砂砾石层沿轴线分布比较均匀，厚度变化小，加固处理质量易于控制，下坝线砂砾石层沿轴线变化较大，加固处理施工质量较难控制。砂砾石层的埋置深度，两坝线相差不大，从砂砾石层加固处理，施工质量的控制角度而言，选择上坝线为好。
　　3）通航条件比较
　　上下坝线都将船闸布置在河床右岸，与现有主航道一致，从地形、地势以及船闸出口水流条件比较相差不大。
　　4）施工条件比较
　　下坝线，左岸阶地尖灭，河岸紧接山体，左坝头距山后大河村仅100余米，施工期对村民干扰较大；生产、生活设施不便就近布置；上坝线，上游有较宽的阶地，生产、生活设施可就近布置于阶地上，左坝头距山后大河村相对较远些，施工期对村民干扰相对较小。其它施工条件两坝线相差不大。因此，施工条件亦以上坝线为优。
　　5）电能指标比较
　　由于两条坝轴线距离仅120m，上、下坝线的坝下水位差别不大，因此，两坝线发电能指标相差不大。
　　6）水力条件比较
　　枢纽河段较顺直，闸坝布置于河床的中间，闸坝泄洪时流态较好，两坝线无明显的差别；船闸不论布置于左侧或右侧，均可处于河床的深弘线上，且上下游引航道都较顺直；厂房不论布置于左侧或右侧，进水和尾水水流亦较顺直，上下坝线差别不大。
　　7）工程投资比较
　　由于两方案装机相同，机电投资基本相同，仅土建部分有差异。上坝线代表方案土石方开挖共60.8万m3，土石方回填32.8万m3，砼23.6m3，工程部分投资为1.62亿元；下坝线代表方案土石方开挖共64.6万m3，土石方回填37.7万m3，砼23.8m3，工程部分投资为1.65亿元。因此，上坝线比下坝线投资约省0.03亿元，故以上坝线为优
　　3枢纽布置方案比选
　　3.1方案拟定
　　根据选定的坝轴线，研究枢纽布置的最优方案。
　　方案一：电站厂房布置在东江河道的左岸侧，船闸布置在右岸侧，厂房与船闸之间布置19孔闸坝。
　　方案二：电站厂房布置在东江河道的右岸侧，船闸布置在左岸侧，厂房与船闸之间布置19孔闸坝。
　　3.2方案比较
　　1）地形地质条件比较
　　由于两方案在同一坝线上，其地形条件完全相同。坝基坐落在第四系地层上，河床覆盖层厚约10～15.5m，粉细砂、中粗砂、含砾粗砂、砂砾石层自上而下分布至基岩面。左岸厂房处基岩为强风化砂岩，厂房基础可置于基岩上。如右岸布置厂房，厂房处基岩为强风化砂岩，埋藏深度约在4.7～-9.25m高程，其岩芯非常破碎，岩质很软，作为厂房基础的持力层，需作处理。故方案一优于方案二。
　　2）通航条件比较
　　东江现主航道在上坝线断面处是靠河道的右岸侧，船闸也要布置在右岸侧才能与主航道一致，满足通航要求；若将船闸布置在左岸侧，沥口河出口水流直接冲击下游引航道，干扰船只出入。因此方案一占优。
　　3）施工条件比较
　　厂房布置左岸，河床比较平缓，上游滩地较多，有利临时设施布置，而且料场在左岸，取料方便。如厂房放在右岸，施工场地布置比较窄，取料也不方便，故方案一显优。
　　4）电能指标比较
　　两方案都在同一坝线上，两者电能指标相同。
　　5）水力条件比较
　　由于坝线上游河段河床宽度变化不大，且无弯道，水流顺直，故两方案水力条件相差不大。
　　6）电站投产时间比较
　　两方案工程量相差不大，施工难度无异，工期安排可相同，电站投产时间无差异。
　　7）投资比较
　　方案一工程量及投资如前述，方案二土石方开挖共70.7万m3，土石方回填36.9万m3，砼23.9m3，工程部分投资为1.64亿元。由于方案二增加了基础加固处理费用，因此方案二投资大0.02亿元。
　　方案一、方案二的地形条件、施工条件、电能指标、水力条件基本相同，但方案一的地质条件、通航条件均优于方案二，投资也少。另外，本电站的电力接入站——古竹变电站位于左岸，若厂房布置在左岸，接入电力系统较方便，否则电力输出时输电线路需跨河架设，投资增加。因此，推荐采用方案一。
　　4推荐的枢纽布置
　　经过以上坝轴线、枢纽布置方案的比选，本工程最终推荐的枢纽布置方案：
　　拦河闸以交通桥面中心线为坝轴线，左端与电站厂房相接，右端与船闸上闸首相接，两端分别用导水墙和导航墙分隔。水电站厂房布置于河床左岸，其左端为安装间，副厂房位于主厂房下游侧的尾水流道上，升压站位于安装间下游的河岸上，上游布置厂区管理楼。船闸布置在右岸主航道位置，闸室布置在坝轴线下游，其轴线与闸坝轴线相垂直，上、下游设导航建筑物。左岸土坝长98.6m，右岸土坝长63.1m，坝顶高程33.5m，分别与厂房、船闸相接。灌溉进水闸布置在右岸上游引航道岸边堤内坡脚，闸底板高程24.2m。引水涵管长110.5m，采用埋管方式，直径为1.8m，引水明渠穿枢纽段长561.6m，采用梯形断面，底宽为1.5m，边坡比均为1.5。
　　5结语
　　沥口水电枢纽虽然是一座以发电为主的水电工程，由于其所处的地理位置，还需承担航运、引水等任务，且左右岸分别位于不同的地区，左岸为广东河源市紫金县，右岸为惠州市博罗县，故在枢纽布置时需根据总体规划要求、水能开发方式，从地形、地质、水文、通航、施工等条件，结合电站电能指标、工程造价等方面综合考虑，比选出一个能满足所有功能且投资省、布置合理的最优方案。