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某抽水蓄能电站上水库坝址方案研究

2024-10-31 91 上传者：管理员

摘要：坝址选择是水利水电工程建设的重要关键问题，文章拟建的某抽水蓄能电站为一等大(1)型工程，根据上水库工程区地形地质条件，考虑生态红线和重点淹没对象的影响，拟定了上、下两个坝址。从地形地质、水文泥沙、工程布置、施工条件及工期、挖填平衡、建设征地、环境保护和水土保持、可比投资等多个维度进行了技术经济综合比较分析，选定下坝址作为推荐方案。

关键词：
坝址比选
抽水蓄能
水库
混凝土面板堆石坝
生态红线
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某抽水蓄能电站是《抽水蓄能中长期发展规划(2021—2035年)》的“十四五”重点实施项目，电站总装机容量为1200MW,主要承担电网调峰、填谷、储能、调频、调相及备用等任务，为一等大(1)型工程，主要建筑物由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和地面开关站等组成[1]。

上水库利用某溪流源头洼地筑坝成库，库址冲沟总体呈北东流向，库区宽阔，由环绕中心岛的东西两侧沟谷构成，库区西侧沟谷较宽阔，地势平缓，东侧沟谷狭窄，呈“V”形。库区北侧、西侧和南侧山体宽厚，东侧山体略单薄。设计中需根据上水库的地形地质条件，考虑生态红线影响，在满足发电调节库容的要求下，从水文泥沙、枢纽布置、施工条件、建设征地、环保水保及可比投资等方面进行经技术经济综合比较后推荐较优的上水库坝址[2-3]。

1、坝址初拟

根据上水库库区的地形地质条件，于库区东西支沟汇合口的狭窄沟谷处拟定一下坝址，拦河筑坝后可取得较大的蓄水面积及库容，但受地形影响库区将形成若干岛屿，岛屿因水库蓄水失去农业生产功能，工程建设需将岛屿纳入征地范围。鉴于岛屿面积较大，征地投资较高，为减少或避免岛屿征地，拟定一上坝址，于岛屿东西侧的支沟狭窄处分别筑坝成库。上、下坝址位置示意图，见图1。

图1上、下坝址位置示意图

2、坝址方案布置

2.1 方案布置原则

1)各坝址方案均需满足相同的装机容量、相同的连续满发小时数，建筑物采用相同的设计标准。

2)各坝址方案合理利用地形地质条件，满足挖填平衡。

3)在满足调节库容的基础上拟定水能参数，并控制Hpmax/Htmin比值<1.17。

4)各坝址方案均不占压生态红线，上水库校核洪水位不应高于1188m(生态红线高程)。

5)各方案大坝均采用钢筋混凝土面板堆石坝，库区渗漏均采用局部垂直防渗进行处理。

综合考虑库区地形、泥沙淤积、进/出水口布置、水位变幅要求等因素，上水库坝址比选方案特征参数表，见表1。

表1上水库坝址比选方案特征参数表

2.2 上坝址方案布置

上坝址主坝左岸山体雄厚，右岸为中心岛，坝址冲沟呈“U”字型。两岸山坡覆盖层浅薄，沟底为冲洪积层，厚度<1m。副坝左岸为中心岛，右岸山体雄厚，呈“U”字型，两岸山坡覆盖层浅薄，沟底为人工堆积层，厚度多<2m。基岩岩性以流纹质玻屑凝灰岩及沉凝灰岩为主。主坝与副坝之间的中心岛为单薄分水岭，正常蓄水位线平切最小厚度185m, 存在水库渗漏问题。

上坝址以上流域面积为3.09km2,200a一遇24h设计洪量为95.8万m3,2000a一遇24h校核洪量为124万m3。上坝址若不设溢洪道，24h洪量拦蓄在库内时，设计和校核洪水位分别为1188.70m和1189.20m, 此时库尾左支沟已经占压生态红线。为保证水位不压占生态红线，上坝址需设置溢洪道。经调洪计算，溢流堰净宽20m, 设计和校核洪水位分别为1187.73m和1187.90m, 库尾左支沟可避免压占生态红线。

上坝址于两条支沟分别一座主坝和一座副坝。主、副坝均采用钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶高程均为1190.20m, 坝顶宽均为10m。主坝最大坝高44.8m, 坝顶长167m, 副坝最大坝高27.4m, 坝顶长140m, 主、副坝的上下游坝坡坡比均为1∶1.4。坝体填筑总量31.58万m3。

溢洪道布置在副坝左坝肩处垭口处，由进口段、控制段、泄槽、挑流鼻坎及出水渠等组成，全长280m。采用驼峰堰型式，堰顶高程同正常蓄水位1187.00m, 溢流堰净宽20m, 堰顶不设闸门。泄槽宽20m, 长130m, 泄槽末端设置接挑流鼻坎，采用连续式鼻坎，鼻坎后设长15m的护坦，护坦混凝土厚1m, 护坦下游接出水渠。

为满足蓄能电站所需调节库容，上水库需通过扩库开挖增加255万m3有效库容。

上坝址方案防渗范围包括主坝左岸坝肩、主坝坝基、中心岛(含主坝右坝肩及副坝左坝肩)、副坝坝基、副坝右岸低缓分水岭以及库尾右支沟垭口，防渗帷幕线路总长约1.5km。采用帷幕灌浆处理，帷幕深度以深入相对隔水层(q≤3Lu)以下5m控制。

2.3 下坝址方案布置

下坝址两岸山体雄厚，呈宽口“V”字型，两岸山坡覆盖层浅薄，沟底冲洪积层厚度多<1m, 基岩岩性以流纹质玻屑凝灰岩及沉凝灰岩为主。下坝址坝肩右岸垭口处高程约1188.00m, 正常蓄水位处山体最小宽度约40m, 存在水库渗漏问题。

下坝址以上流域面积为4.04km2,200a一遇24h设计洪量为125万m3,2000a一遇24h校核洪量为162万m3。按照24h洪水拦蓄在库内设计，设计和校核洪水位分别1186.63m、1187.10m, 不占压库尾生态红线。坝顶高程时按24h洪量全部蓄于正常蓄水位以上考虑，不设置泄洪设施。

下坝址挡水建筑物采用钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶高程为1189.00m, 坝顶宽10m, 最大坝高55.8m, 坝顶长185m。上下游坝坡坡比均为1∶1.4。坝体填筑总量41.53万m3。

下坝址天然有效库容已满足蓄能电站所需调节库容，不需要扩库开挖。

下坝址防渗范围包括左岸坝肩、坝基、右坝肩(包含右坝肩垭口),防渗帷幕线路总长约0.75km。防渗采用帷幕灌浆处理，帷幕深度以深入相对隔水层(q≤3Lu)以下5m控制。

3、坝址方案比选

3.1 地形地质条件

上、下坝址方案地形地质条件比较表，见表2。

表2上下坝址工程地质条件比较表

3.2 水文泥沙

下坝址集雨面积、径流、洪水等方面均大于上坝址，但上坝址防洪库容有限，为保证库区不压占生态红线，需设置泄洪设施。下坝址按24h洪量全部蓄于库内设计，不需要设置泄洪设施。上、下坝址多年平均总入库输沙量分别为682.9t、892.8t, 泥沙条件不是坝址比选的制约因素。

3.3 工程布置

上坝址方案建筑物布置相对分散，挡水建筑物需布置一座主坝及一座副坝，泄水建筑物需布置溢洪道。上坝址方案天然调节库容较小，扩库开挖量大，边坡处理规模也较大。防渗帷幕线路总长约1.5km。

下坝址方案建筑物布置相对集中，挡水建筑物仅需布置一座主坝，不需要布置泄水建筑物。下坝址方案可较好地利用天然地形，无需进行扩库开挖。防渗帷幕线路总长约0.75km。下坝址方案较优。

3.4 施工条件及工期

两个坝址距离较近，库区附近有乡村道路，对外交通条件较好；交通布置区别不大，上下库连接道路、场内施工主干道等级及布置格局基本一致。

两个方案导流方式、导流标准相同，上坝址方案主、副坝需要分别设置上下游围堰。下坝址上游围堰可布置在支沟汇合口以下，围堰长度较短，下坝址的导流建筑物布置较优。

两方案均采用混凝土面板堆石坝，主体工程施工工艺相同。由于两坝址相距较近，施工场地布置条件基本相当。两坝址首台机组发电工期及总工期均受输水发电系统控制，大坝施工为非关键线路。

3.5 挖填平衡

上水库区施工的项目主要有上水库大坝、上水库进/出水口、库盆开挖、引水上平洞和引水调压井等。

3.5.1 上坝址方案

上坝址方案库区主体工程开挖料总量为126.97万m3,扣除覆盖层及全强风化料后可利用石料共48.60万m3,其中石方明挖料32.65万m3,石方洞挖料15.95万m3。上下库连接路隧洞可提供9.6万m3可利用料。可利用料总量为58.20万m3。

上坝址方案石方填筑总量31.31万m3(压实方),考虑损耗后各类石方填筑需要总量31.12万m3(自然方)。需要混凝土骨料16.46万m3(自然方),合计需要石料总量为47.58万m3。上坝址方案未充分利用开挖料，可用料尚需外弃16.25(松方)。上水库库盆开挖总量为283.47万m3,为覆盖层及全强风化岩体。库区各类开挖料经工程利用后，弃渣量为493.15万m3,库内可填渣容积为22万m3(松方),大量弃渣需外运。

3.5.2 下坝址方案

下坝址方案库区主体工程开挖料总量为115.59万m3,扣除覆盖层及全强风化料后可利用石料共47.01万m3,其中石方明挖料31.35万m3,石方洞挖料15.66万m3。上下库连接路隧洞可提供9.6万m3可利用料。可利用料总量为56.61万m3。

下坝址方案石方填筑总量41.53万m3(压实方),考虑损耗后各类石方填筑需要总量40.70万m3(自然方)。需要混凝土骨料14.81万m3(自然方),合计需要石料总量为55.51万m3。库区各类开挖料经工程利用后，弃渣量为79.19万m3(松方),库内可填渣容积为87万m3(松方),无需弃渣外运。

上坝址方案土石方开挖总量大，利用率较低，土石方平衡较差，弃渣量较大。下坝址方案充分利用主体工程开挖料，挖填基本平衡，弃渣量较小。下坝址方案较优。

3.6 建设征地、环境保护和水土保持

从建设征地和移民安置方面分析，两方案均不涉及搬迁人口，未发现压覆重要矿产资源，未发现县级及以上文物保护单位。下坝址淹没范围较大，征地面积比上坝址多35.44hm2,其中占用基本农田较上坝址多1.67hm2,移民征地费用比上坝址多10647.84万元，上坝址方案较优。

从环境保护方面分析，两个方案均不占压库尾生态红线，不存在其他制约工程建设的重大环境敏感问题。

从水土保持方面分析，上坝址弃渣总量较大，弃渣场规模较大，相应水保投资增加。下坝址方案弃渣总量小，无弃渣外运。下坝址方案较优。

3.7 可比投资

上坝址方案坝体填筑量较下坝址方案少，其他土建工程量均多于下坝址方案，上坝址方案的土建部分投资较下坝址方案多18145万元。综合考虑建设征地投资，下坝址方案的可比总投资较上坝址方案节省7497.16万元，下坝址方案较优。

4、结语

通过对上下坝址方案进行详细布置，从多个维度对两个坝址进行比较分析，下坝址方案建筑物布置相对集中，无需设置泄洪设施，可较好地利用天然地形，防渗范围较小，不需要扩库开挖；导流建筑物规模较小，可充分利用建筑物开挖料，挖填基本平衡，无需设置料场，弃渣量较小且均可回填至上水库库底，无弃渣外运；可比投资较上坝址方案节省7497.16万元。经技术经济综合比较，推荐采用下坝址方案。

参考文献:

[1]中水北方勘测设计研究有限责任公司.浙江省庆元抽水蓄能电站可行性研究报告[R].天津:中水北方勘测设计研究有限责任公司,2022.

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[4]水电水利规划设计总院.混凝土面板堆石坝设计规范:NB/T 10871-2021[S].北京:中国水利水电出版社,2022.

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文章来源:聂晓东,王京.某抽水蓄能电站上水库坝址方案研究[J].黑龙江水利科技,2024,52(10):39-43.