凤城市石桥水电站泄水建筑物选择

苏兴大

（辽宁省鞍山市天水水务咨询有限公司，辽宁沈阳110003）

凤城市石桥水电站泄水建筑物选择

苏兴大

（辽宁省鞍山市天水水务咨询有限公司，辽宁沈阳110003）

通过分析凤城市石桥水电站库区上游潜在淹没对象，避免工程建设对凤上线铁路桥和爱河水源地造成影响，选择泄流能力较大的泄洪闸作为本工程主要泄水建筑物，对溢流坝、水力自控翻板闸与泄洪闸的组合方案进行比较，通过对在工程布置、运行管理、主要工程量及投资等方面进行分析，确定选用66 m溢流坝和14孔泄洪闸组合方案，确保汛期及时开启泄洪闸，避免对上游建筑物造成影响，保证电站运行安全。

石桥水电站；泄水建筑物；泄洪闸；溢流坝；水力自控翻板闸；方案

1 工程概况

石桥水电站工程位于辽宁省凤城市东汤镇石桥村唐家堡附近的爱河干流上，是爱河流域水能梯级开发规划中，草河河口以下河段水电开发（三湾、河湾、石桥）的第一级水电站工程。石桥水电站是一座以发电为主的小型径流式水电站，电站总装机容量9600 kW，水库总库容为3664万m3，工程等别为Ⅲ等，主要水工建筑物级别为3级。设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为100年一遇。

爱河是鸭绿江的一级支流，全长181.95 km，流域面积5902 km2，石桥水电站坝址位于草河与爱河汇合口下游2.63 km处，坝址以上控制流域面积为4839 km2。坝址以上集水面积占全流域82%，汛期洪峰值较大，设计洪峰流量（P=5%）达11400 m3/s，校核洪峰流量（P=1%）达16700 m3/s，而且库区上游4.6 km处有凤上线草河铁路桥通过，库区上游4.8 km处有凤城市水源地，厂区室外地面高程52.2 m~52.7 m。库区上游有大片耕地高程较低，同时考虑库区两岸居民点高程分布现状（汇合口处近百户居民的花家堡子居民点高程在52.0 m~59.1 m之间）。若电站建设淹没凤上线铁路桥和爱河水源地，改建的工程量、投资、施工难度均较大，电站建设单位很难承担，且建设周期长，将严重制约电站建设。因此，本工程布置的原则是尽量少淹没耕地，尽量不淹没居民点，不影响凤上线铁路桥，不对凤城市水源地构成影响。泄水建筑物的泄流能力直接影响水库回水和淹没范围，泄水建筑物型式的选择对本工程至关重要。

2 坝址条件

2.1 坝址地形、地质条件

石桥电站坝址位于爱河下游狭谷段，河谷宽280 m~300 m左右，河道平面比较顺直，地貌属辽东丘陵区，左岸山势陡峻，地形完整，基岩裸露，山丘走向近SN，最高丘顶137.2 m，基岩露头较好，右岸丘陵低缓，谷底也有凸向河道基岩裸露，河道抗冲性强，河床基本稳定，沟谷宽坦，地形相对破碎，右丘顶高122.1 m，河床NW向，爱河主河道靠左岸，右岸漫滩发育，河道宽70 m~80 m，地面高程38 m~43 m。

坝址工程地质测绘和钻探查明，坝基构造简单，未见断层通过。坝址区基本地震烈度<Ⅵ度，地震动峰值加速度为0.05 g。

2.2 坝址区筑坝材料赋存条件

块石料场位于坝址左岸山坡，为拟建电站厂区，厂区开挖面积60×100 m2，平均开挖深度大于6.0 m，储量丰富、质地优良。试验测得，坝基二长花岗岩饱和抗压强度Rb为84.4 MPa，辉长岩Rb为67.2 MPa。

骨料场位于坝址上游400 m至坝址下游400 m范围内，地面高程39.3 m~42.2 m，岩性为砂砾石，揭露深度3.0 m。地下水埋深1.3 m~2.1 m。经计算，粗骨料储量24.08万m3，细骨料储量13.09万m3，储量充足，各项质量指标合格。

3 泄水建筑物初选

水利水电工程的基本坝型有重力坝、拱坝、土石坝三种，根据本工程的具体地形、地质及建筑物材料等条件论述三种坝型在本工程的适用性。

3.1 重力坝

根据地勘资料，坝址处覆盖层较薄，最大5.0 m，最小0.2 m，基岩为二长花岗岩，岩性单一，没有大的不良地质构造，基岩的物理力学指标较好，修建重力坝比较适宜。

3.2 拱坝

根据地形资料，坝址区为丘陵地形，左岸陡峻，右岸低缓，宽约280 m（L），最大坝高约14 m（H），河谷与坝高的宽高比L/H=20，根据工程经验，在L/H＞4.5的宽浅河谷中，拱的作用已经很小，在这种地形条件下不适合修建拱坝。

3.3 土石坝

根据料场调查情况，虽然工程区天然砂砾料、石料储量丰富，而且质量及开采条件均较好，但工程区附近无粘土料。由于本工程洪峰流量较大，左岸山体陡峭，右岸低缓山丘，地势较高，不具备修建岸边溢洪道的条件，因此本工程不适合采用土石坝型。

根据以上论述可知，重力坝作为基本坝型，适用于本工程。

根据本工程地形地质条件，适合本工程布置的泄水建筑物主要有溢流坝、泄洪闸、水利自控翻板闸、液压钢坝闸、橡胶坝等。

根据库区上游建筑物及居民点、耕地的情况，在工程总体布置上应最大限度的加大泄流建筑物泄流能力，如全河道布置橡胶坝、翻板闸、溢流坝或液压钢坝闸，受坝袋、闸门高度等限制，过流能力有限，均会对凤上线铁路桥和凤城市水源地造成影响，参考辽宁省已投入运行的低水头小水电类似工程经验，选择泄流能力较大的泄洪闸作为主要泄水建筑物。

但全河道布置泄洪闸势必增加不必要的投资，因此泄洪闸需与其他泄水建筑物组合布置。考虑橡胶坝坝袋容易被漂浮物损坏，冬季冰冻容易损坏坝袋，且本工程属于典型山区河流，汛期洪水陡起陡落，橡胶坝排空时间长，无法满足工程运行要求；而液压钢坝闸与水力自控翻板闸相比成本较高、维修养护复杂，因此本工程选择溢流坝和水力自控翻板闸与泄洪闸组合进行比较。

经调洪演算，在淹没实物量基本相同的情况下，选用66 m溢流坝和14孔泄洪闸组合与70 m水力自控翻板闸和13孔泄洪闸组合两种方案进行比较，简称溢流坝方案和水力自控翻板闸方案。

4 两方案工程布置

4.1 溢流坝方案

枢纽建筑物从左至右依次为：河床式水电站厂房、泄洪闸、溢流坝和挡水坝，全长315.6m。具体布置为：桩号0+000~0+055.60为电站坝段；0+055.60~0+237.60为泄洪闸段，总长182m，共14孔，单孔净宽10 m，泄洪闸为钢筋混凝土结构，闸底槛高程为38.3 m，泄洪闸门为露顶式平面钢闸门，闸门尺寸为10.0 m×9.2 m（宽×高），闸墩顺水流向长14.0 m、厚1.5 m，墩顶高程53.5 m，布置检修闸门及工作闸门各一扇，启闭机平台高程65.9 m，闸下为消能防冲设施；0+237.60~0+303.60 m为溢流坝段，总长66 m，分4个坝段，坝型为浆砌石重力坝，堰顶高程46.0 m；0+303.60~0+315.60为挡水坝段，坝型为浆砌石重力坝，总长12 m，坝顶高程为51.9 m。电站厂房上游设前池，厂房下游接尾水渠，升压站布置在厂房的左侧偏上游的山坳中，进厂公路布置在左岸。

4.2 水力自控翻板闸方案

枢纽建筑物从左至右依次为：河床式水电站厂房、泄洪闸、水力自控翻板闸和挡水坝，全长316.0 m。具体布置为：桩号0+000~0+055.60为电站坝段；0+055.60~0+224.60为泄洪闸段，总长169 m，共13孔，单孔净宽10m，闸底槛高程为38.3 m，泄洪闸门为露顶式平面钢闸门，闸门尺寸10.0 m×9.2 m（宽×高），闸墩顺水流向长14.0 m、厚1.5 m，墩顶高程53.5 m，布置检修闸门及工作闸门各一扇，启闭机平台高程65.9m，闸下为消能防冲设施；0+224.60~0+294.60为水力自控翻板闸段，总长70 m，共7扇，闸门高5.0 m，单扇跨度10 m，闸槛高程为41.0 m，闸门顶高程为46.0 m；0+294.60~0+316.0为挡水坝段，总长21.4 m，为浆砌石重力坝，坝顶高程为52.0m，顶宽4.0m，下游坝坡1∶0.75。电站厂房、前池、尾水渠、升压站及进厂公路布置与溢流坝方案相同。

5 主要工程量及技术经济指标

根据两方案的总体布置及各建筑物的结构形式，计算出两方案的主要工程量及主要技术经济指标见表1。

表1 两方案主要工程量及技术经济指标对比表

6 泄水建筑物选择

从地形地质条件分析，坝址区地质条件较好、筑坝材料充足，适宜修建重力坝，本工程坝基岩石较好，满足泄流建筑物消能防冲要求，两坝型方案均为钢筋混凝土结构，两种坝型没有大的差别；从工程布置上分析，两方案布置相似，均利用泄洪闸作为主要泄水建筑物，溢流坝方案较水力自控翻板闸方案多布置1孔泄洪闸；从水库规模上分析，翻板闸方案校核洪水位高0.04 m，总库容大149万m3，淹没实物量差别不大；从工程投资方面分析，两方案主要工程量和工程造价差距均不大，水力自控翻板闸方案工程总投资比溢流坝方案多23万元。从施工条件分析，翻板闸施工略复杂。从工程管理方面分析，石桥水电站位于爱河下游，坝址处20年一遇洪峰流量达11400 m3/s，100年一遇洪峰流量达16700 m3/s，考虑爱河为山区河流，汛期洪峰流量大，漂浮物较多，汛期易受上游漂浮物影响。经调查研究，在爱河这样有较大洪峰流量的河流上采用5 m高的翻板闸，运行、管理和检修均比较复杂，维护成本较高。而溢流坝作为传统坝型，在国内外工程中比较常见，技术成熟，具有施工工艺简单，实用耐久、安全可靠，运行管理简便，维护成本低等特点，相对而言溢流坝更加安全可靠、实用耐久、管理方便，运行成本相对较低。

通过技术经济比较分析，两方案均可行，工程投资基本相当，溢流坝方案在运行、管理方面更加方便，维护成本低，因此，推荐选用更为可靠耐用的溢流坝作为本工程基本坝型，即66 m溢流坝和14孔泄洪闸组合方案。

TV65

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1673-9000（2017）03-0079-02

2017-02-10

苏兴大（1981-），男，辽宁喀左人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。