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金沙江上游波罗水电站枢纽布置设计研究

2025-03-24 5 上传者：管理员

摘要：波罗水电站工程具有窄河谷、高海拔、高地震烈度等特点，综合考虑坝址边坡高陡、泄洪量大、布置空间受限、地质灾害多发等问题，拟定了3个枢纽布置方案，通过技术经济比选，确定了较优的枢纽布置格局方案，使得工程投资较省，运行维护更加方便，环保节能效果好，为在建及待建深窄河谷大型水电站工程枢纽布置设计提供参考。

关键词：
挡水建筑
挡水建筑物
枢纽布置
泄洪消能
输水发电系统
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波罗水电站位于四川省白玉县与西藏自治区江达县境内的金沙江干流上,坝址区位于西藏自治区江达县藏曲河口以上约3km河段处,为规划金沙江上游川藏段13个梯级电站中第6级,下游与叶巴滩水电站衔接｡坝址控制流域面积为160519km2,坝址处多年平均流量699m3/s｡正常蓄水位2989.00m,相应库容6.22亿m3;死水位2984.00m,相应死库容5.37亿m3,属二等大(2)型工程｡

电站枢纽由挡水建筑物､泄洪消能建筑物及引水发电建筑物等三大系统组成｡挡水建筑物为碾压混凝土重力坝,坝顶高程2994.00m,大坝建基面最低高程2860.00m,坝顶总长235.00m,最大坝高134.00m｡电站泄洪采用全坝身泄洪,挑流消能方式｡坝身布置3个溢流表孔､1个生态流量孔和1个放空深孔｡设计洪水泄量为7210m3/s,校核洪水泄量为8170m3/s,最大泄洪水头约100m｡地下引水发电系统洞室群规模大,最大跨度29.90m,厂房内安装3台单机容量320MW的混流式水轮发电机组,总装机容量960MW｡

本文在预可行性研究和坝址坝型坝线选择成果基础上,通过技术经济必选论证,研究确定枢纽枢纽总体布置格局方案｡

1、枢纽布置条件

1.1地形地质条件

波罗水电站坝址区两岸谷坡陡峻,坡度约50°~60°,局部为悬崖陡壁｡左岸坝肩山体边坡陡峭,右岸坝肩地形稍缓,两岸山体雄厚,河谷呈“V”型,两岸坡高大于1000m,两岸地形较为完整,发育多条浅切冲沟,深切的冲沟有左岸的巴弄达润沟､右岸的藏曲河谷｡

工程场地50年超越概率10%的基岩水平峰值加速度为175gal,50年超越概率5%为230gal,在100年超越概率2%为380gal,地震基本烈度为Ⅷ度,区域构造稳定性较差｡工程区受地震影响,场地可能遭受的地震地质灾害类型有落石､崩塌､滑坡等[1]｡

坝区无大规模断层通过,小断层以顺层陡倾为主,优势节理裂隙以陡倾角为主｡岸坡岩体抗风化能力较强,卸荷深度不大｡岩溶发育程度较弱,以溶隙､溶孔为主｡

坝址两岸自然边坡基岩裸露,整体稳定,基岩为Pt2xnb⑴厚层状白云质细晶大理岩､大理岩化灰岩,局部坡脚一带发育崩坡积体｡

左右岸推测隧洞围岩以Ⅲ类为主,局部断层影响带为Ⅳ类,断层破碎带为Ⅴ类,压力管道围岩成洞条件较好,具备布置大型地下引水发电系统的条件｡两岸地下围岩总体上差别不大,右岸岩体中片岩条带分布稍多,推测有断层fs-9出露,对引水尾水系统及开关站的高开挖边坡稳定不利｡

1.2水文泥沙条件

坝址多年平均流量699m3/s,多年平均径流量220.4亿m3｡多年平均流量3850m3/s,址坝200年一遇设计洪峰流量为7210m3/s､2000年一遇校核洪峰流量为8170m3/s,导流工程20年一遇设计洪峰流量为4850m3/s｡

沙江上游河段的龙头水库岗托水电站,岗托水库具有年调节能力,水库拦沙作用较大｡根据金沙江上游梯级可能的建设时序,上游岗托水电站可能要晚于波罗水电站5~10年蓄水发电｡岗托水库拦沙后波罗水库的多年平均入库悬移质年输沙量为307万t,多年平均含沙量0.141kg/m3｡考虑上游岗托水库蓄水拦沙后,波罗水库正常蓄水位2989.00m以下的“库沙比”约为243｡水库“库沙比”较大,库区水库泥沙淤积速率缓慢,水库泥沙淤积年限较长｡波罗干支流库区及泥沙淤积问题不突出,不制约枢纽布置方案的选择｡

2、枢纽布置方案

2.1布置原则

枢纽布置比选均以碾压混凝土重力坝为代表坝型,以下坝线为基础开展枢纽布置比选工作｡

充分利用重力坝坝身泄洪优势,重视泄洪雾化对两岸边坡稳定的不利影响,在满足泄洪消能的前提下,尽可能减少泄洪的雨雾及对两岸的冲刷[2]｡

引水发电系统布置短引水式,以节省引水线路工程量[3]｡尾水出口布置时考虑与下游叶巴滩电站正常蓄水位衔接｡

地下厂房洞室群尽量避开地质缺陷,三大洞室置于地质条件较好的围岩中,考虑第一主应力方向和主要发育的结构面方向,合理选择地下厂房轴线位置和洞轴线方位｡重视厂房防淹的总体布置设计[4],重视白格堰塞湖等潜在地质灾害可能造成的安全威胁｡

重视枢纽区峡谷地形特点,枢纽各建筑物布置应协调紧凑,力求布局简洁､施工干扰小､节能环保效果好､经济性优良,尽量避免施工及运行期的相互干扰,同时要兼顾电站运行管理方便[5]｡

2.2方案拟定

根据现场地形地质条件､泄洪消能建筑物和引水发电建筑物布置条件,在推荐坝线初步拟定3个枢纽布置方案进行比选｡

各个方案挡水建筑物为碾压混凝土重力坝,坝高134.00m,坝顶总长235.00m,全坝身泄洪,河床坝段设3个泄洪表孔,孔口尺寸15.0m×19.0m,各设1个生态表空和放空底孔,孔口尺寸均为4.0m×6.0m｡

方案1:利用大坝下游约260m处岸边开阔阶地布置地面厂房及开关站建筑物,采用底流消能方式减少消能雾化影响,导流洞布置于左岸｡枢纽平面布置见图1｡

图1方案1枢纽平面布置

方案2:利用右岸较好地质条件,布置地下输水发电系统,利用右岸下游稍缓山坡开挖布置地面开关站,采用挑流消能方式,导流洞布置于右岸｡枢纽平面布置见图2｡

图2方案2枢纽平面布置

方案3:利用右坝肩稍缓地形开挖布置地面开关站,输水发电系统布置于右岸地下,尾水采用“三机一室一洞”布置方式,采用挑流消能方式,电站进水口右岸接头坝段相邻,导流洞布置于右岸｡枢纽平面布置见图3｡

图3方案3枢纽平面布置

2.3布置方案比选(1)3个方案挡泄水建筑物均为碾压混凝土重力坝,坝基岩性为白云质细晶大理岩､大理岩化灰岩,局部夹有二云母石英片岩,不存在明显的坝基抗滑稳定问题,岩体总体质量较好｡

方案1:厂房布置于右岸下游阶地地形处,地面式厂房可减少地下洞室的开挖支护,不存在大规模地下洞室群围岩稳定问题,尾水出口边坡问题不突出,厂区枢纽工程施工难度较小,工期短｡但厂区枢纽距离大坝较远,相应引水系统和导流工程洞线较长且厂区临近下游消能区,宜受消能雾化影响,考虑到本工程泄洪量大､水头高,需设置规模较大的底流消能方式以降低雾化影响[6]｡另外,枢纽区河谷狭窄,岸坡陡峻,地面式厂房开挖边坡高,运行期易受飞石､白格堰塞湖､地震等地质灾害影响,安全性较差｡

方案2:右岸岩体中片岩夹层含量相对较多,结构面相对发育,小断层较发育,稳定略差｡利用左岸更好的地质条件,将输水发电系统布置于左岸山体内,对厂区枢纽大型地下洞室群的开挖支护更有利,地下厂房地形适应性强,抗震性能好,不受白格堰塞湖等流域地质灾害影响,不受消能区雾化影响｡泄洪消能可利用下游水垫,采用挑流消能方式,减少消力池工程量[7]｡缺点在于左岸坝肩岸坡陡峻,地形条件不利于电站进水口和开关站的布置,左岸下游虽有稍缓山坡可开挖布置地面开关站,但易受消能雾化影响｡

方案3:输水发电系统布置于右岸山体内,右岸坝肩地形较缓,利用其利于布置枢电站进水口､地面开关站,边坡高度小的特点｡右岸地质条件较左岸略差,岩体中片岩夹层含量相对较多,但厂房洞室､进水口､尾水洞出口地质条件总体稳定,具大规模洞室群成洞条件,局部不良地质经工程处理可满足围岩稳定要求｡同时,方案3可发挥地下厂房和挑流消能组合的优势,减少流域地质灾害､地震等影响,减小消力池工程量,总体枢纽布置更加顺畅｡

(2)3个方案施工导流方式､导流标准､导流方案及导流程序基本相同,导流规模有所差异｡右岸地面厂房方案对应布置的左岸导流洞洞身最长,上游围堰略高,导流工程量最大;地下厂房方案导流布置条件较好,导流工程量和投资较省｡3个方案场内道路线路长度基本相当,地面厂房方案略优｡各方案的石料场的储量和质量均能满足设计要求,从料场开采及支护量来看,地下厂房方案略优｡各方案施工总工期一致｡综合施工条件,地下厂房方案略优｡

(3)建设征地和移民安置方面,地面厂房相较于地下厂房布置方案所需征占用的林地数量更大,方案间涉及的其他各项实物指标数量基本相当,移民安置任务基本一致,移民安置难度基本相当,移民安置补偿投资存在一定差异,地面厂房布置方案移民安置补偿投资相对较大,但差异较小,因此,从建设征地移民安置角度分析,没有制约枢纽布置方案比选的因素｡

(4)从环境影响角度分析,枢纽布置方案比选在环境保护方面不存在制约因素｡各方案对区域生态环境带来的影响类似,影响性质无显著差异｡方案1工区较长,各洞室较长,施工期环境影响相对较大;方案3枢纽布置紧凑,各洞室长度较短,工区较小,环保影响最小｡

(5)分析工程投资及单位动能经济指标,方案1投资较高,方案2和方案3投资相当｡从动能经济指标分析,单位千瓦投资和单位电能投资均最小,方案3投资最优(见表1)｡

表1波罗电站枢纽布置比选方案动能经济指标

经过各方案地质､枢纽布置､施工条件､见着征地和移民安置､环境影响和工程投资等方面的技术经济比较,以方案3作为枢纽布置格局推荐方案｡

3、结束语

波罗水电站工程具有窄河谷､高海拔､高地震烈度等特点,在工程枢纽布置上受地形空间､消能雾化､高地震烈度､多流域地质灾害､高陡岸坡等的约束｡拟定了3个枢纽布置方案,通过技术经济比选,确定了较优的枢纽布置格局方案3｡

波罗水电站坝址区地面厂房布置宜受地震作用､消能雾化､流域地质灾害等不利影响,选择地形适应性强的地下厂房,可有效减少边坡开挖高度,且施工和运行期安全性好｡狭窄河谷上的高水头消能建筑物,泄洪流量流速较大,底流消能工程量大,影响导流洞及尾水洞线长度｡挑流消能消力池短,可利用下游水垫消能,工程量节省,但要注意消能雾化的影响｡

狭窄河谷枢纽布置宜受地形条件限制,合理布置地下厂房附属洞室,尽量利用天然阶地布置出线场､进水口和开关站,可采用联合开挖,引水发电系统为短引水式,布置紧凑,节省工程量,环保节能效果好,运行方便｡

参考文献:

[1]伍保祥.金沙江上游波罗水电站库区滑坡发育规律及岸坡稳定性风险分析[D].成都:成都理工大学,2008.

[2]周钟.唐忠敏.锦屏一级水电站枢纽总布置[J].人民长江,2009(18):18-20.

[3]田雪梅.张云峰.詹义.浩口水电站工程碾压混凝土重力坝设计与优化[J].四川水利,2018(6):52-54.

[4]谭可奇.水电站厂房水淹风险分析及防范措施[J].水电站设计,2019(1):14-18.

[5]瑜;刘侠;曾勇.高山峡谷区水电枢纽布置比选研究[J].水电站设计,2014(3):12-15.

[6]双科.我国高坝泄洪消能研究的最新进展[J].中国水利水电科学研究院学报,2009(2):249-255.

[7]潘瑞文.高坝挑流消能述评[J].云南水力发电,1998(3):15-19.(编辑:惠方方)

文章来源:雷保曈,郑付刚.金沙江上游波罗水电站枢纽布置设计研究[J].水电站设计,2025,41(01):35-38.