大渡河安谷水電站工程特性分析

胡良文，羅 濤，單智杰

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都，610072)

1 工程概況

大渡河安谷水電站位于四川省樂(lè)山市安谷河段生姜坡，為大渡河干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的最后一級(jí)水電站。該工程具有發(fā)電、防洪、航運(yùn)、灌溉和供水，兼顧濕地生態(tài)和河網(wǎng)生境保護(hù)等綜合利用功能。安谷水電站建成后與銅街子和沙灣水電站同步運(yùn)行，出線采用兩回220kV線路接入四川電網(wǎng)。電站采用混合開(kāi)發(fā)方式，即建壩壅水高20.0m，河床式廠房，廠后接長(zhǎng)約9430m的尾水渠，尾水渠利用落差15.5m。電站正常蓄水位398.0m，相應(yīng)庫(kù)容6330萬(wàn)m3，裝機(jī)容量4×190MW+1×12MW(生態(tài)機(jī)組)，設(shè)計(jì)引用流量2576.0m3/s+64.9m3/s，多年平均發(fā)電量31.44億kW·h。

樞紐工程主要由左岸混凝土面板堆石壩、泄洪沖沙閘、廠房壩段、船閘上游引航道外導(dǎo)墻、連接壩段、泊灘堰放水閘及重力壩等攔河樞紐建筑物及樞紐上游庫(kù)區(qū)左岸副壩、右岸副壩、樞紐下游長(zhǎng)泄洪渠、長(zhǎng)發(fā)電尾水渠等組成。本文對(duì)大渡河安谷水電站在工程設(shè)計(jì)上的特性進(jìn)行梳理，對(duì)工程中的選址、長(zhǎng)尾水渠設(shè)計(jì)、導(dǎo)流邊界條件、混凝土防滲墻和機(jī)電技術(shù)五個(gè)方面進(jìn)行分析總結(jié)。

2 開(kāi)發(fā)方式的特異性

大渡河安谷水電站位于大渡河下游河口河段，壩址以上集水面積76717km2，河長(zhǎng)約1043km，河道比降1.31‰。壩址多年平均流量1490m3/s，多年平均徑流量469.9億m3，徑流平穩(wěn)，為開(kāi)發(fā)水電工程的建設(shè)創(chuàng)造了良好條件。

工程河段河谷開(kāi)闊，汊濠縱橫，有100余個(gè)河心洲島，其中有人居住的54個(gè)，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常發(fā)達(dá)。開(kāi)發(fā)方式的選擇，工程樞紐的布局，是實(shí)現(xiàn)工程效益、社會(huì)效益雙贏的重點(diǎn)和難點(diǎn)。設(shè)計(jì)遵循“深淘灘、低筑堰、封枝強(qiáng)干、穩(wěn)定主流”的治河理念，采用混合式開(kāi)發(fā)，通過(guò)樞紐筑低壩壅水，庫(kù)區(qū)修建近10km的沿河副壩，下游整治疏浚河道，修建9.43km的長(zhǎng)尾水渠獲得水頭等工程措施有效控制電站開(kāi)發(fā)引起的淹沒(méi)損失、提高沿河防洪標(biāo)準(zhǔn)，增加工程的利用落差和裝機(jī)規(guī)模，改善項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上生存與競(jìng)爭(zhēng)的能力，提高項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)價(jià)值，從而充分利用沙灣城區(qū)下游至青衣江匯口河段的水能資源。

安谷水電站工程建設(shè)總征地1792.57hm2，生產(chǎn)安置人口7128人，規(guī)劃搬遷安置人口4535人，占地面積大，移民安置任務(wù)重。設(shè)計(jì)有效利用工程棄渣對(duì)左岸副壩外側(cè)的汊濠進(jìn)行回填造地，新增耕地3000多畝，滿(mǎn)足移民生產(chǎn)安置，妥善解決移民問(wèn)題。

此外，針對(duì)項(xiàng)目區(qū)環(huán)境特征提出了一系列生態(tài)環(huán)境保護(hù)對(duì)策措施，主要包括河網(wǎng)水系生態(tài)保護(hù)、濕地生態(tài)保護(hù)、魚(yú)類(lèi)資源保護(hù)、河道生態(tài)與景觀、生態(tài)試驗(yàn)場(chǎng)等5方面的建設(shè)內(nèi)容。通過(guò)以上措施，科學(xué)營(yíng)造了河網(wǎng)濕地水域生境，為維護(hù)大渡河、青衣江、岷江三江交匯口的生物多樣性提供了有利條件，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)與保護(hù)的統(tǒng)籌兼顧，工程與自然和諧共存，為創(chuàng)建水電工程生態(tài)修復(fù)樹(shù)立了典范。

工程樞紐布局總體方案，充分體現(xiàn)了河口復(fù)雜地區(qū)特有的開(kāi)發(fā)方式，圓滿(mǎn)完成工程開(kāi)發(fā)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，有效解決了沿線兩岸長(zhǎng)期的防洪壓力，妥善解決了工程移民問(wèn)題，同時(shí)滿(mǎn)足了環(huán)境生態(tài)的需要，實(shí)現(xiàn)了工程與自然和諧共存雙贏的成果。

3 長(zhǎng)尾水渠的獨(dú)特性

安谷水電站采用河床式廠房加長(zhǎng)尾水渠混合式開(kāi)發(fā)，廠后接長(zhǎng)9430m的尾水渠，尾水渠底寬91m，頂寬約140m，最大開(kāi)挖深度27m，引用流量2576m3/s，集中發(fā)電水頭15.5m，尾水渠長(zhǎng)度和引用流量為世界水電站工程建設(shè)之冠，其獨(dú)特的開(kāi)發(fā)方式為業(yè)界罕見(jiàn)，這也是該水電站獨(dú)特性的體現(xiàn)。

尾水渠以右岸岸邊主河床走向?yàn)槠渲饕€路，尾水出口位于鷹咀巖上游約700m河段。渠道沿線主要通過(guò)右岸現(xiàn)代河床，局部地段經(jīng)過(guò)河漫灘、心灘，地形起伏不大，地面高程360m～376m，尾水渠開(kāi)挖深度9m～27m，渠道底板基礎(chǔ)上半段為基巖，下半段為砂卵石。尾水渠左堤采用100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，為砂卵石混凝土面板壩，趾板下設(shè)40cm厚的塑性混凝土防滲墻，嵌入基巖1.0m。尾水渠右堤結(jié)合永久公路設(shè)計(jì)，并確保右岸村鎮(zhèn)及農(nóng)田等對(duì)象20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。渠內(nèi)坡在最高水位1.0m以上采用混凝土框格梁植草護(hù)坡，以下采用C20混凝土襯砌。

獨(dú)特的長(zhǎng)尾水渠打破常規(guī)，構(gòu)思巧妙，很好地兼顧了水能利用、河道行洪、工程布置、工程投資、環(huán)境保護(hù)等諸多要求，很好地實(shí)現(xiàn)了工程效益、社會(huì)效益雙贏的局面。

4 導(dǎo)流邊界條件的復(fù)雜性

大渡河安谷水電站工程建設(shè)戰(zhàn)線長(zhǎng)達(dá)20余公里，如何合理導(dǎo)流，選擇施工布局，也是該工程的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。該河段河谷開(kāi)闊，汊濠縱橫，沙心洲島遍布，河心島發(fā)育，河谷寬度1100m～1900m。結(jié)合樞紐整體水力學(xué)模型，施工導(dǎo)流按庫(kù)區(qū)副壩、樞紐工程、尾水渠及泄洪渠三部分分別制定施工導(dǎo)流方案。

庫(kù)區(qū)副壩沿線取水建筑物較多，為盡量減少對(duì)沿河生產(chǎn)生活的影響，擬定束窄河床的導(dǎo)流方式。即基本維系原河網(wǎng)水系和過(guò)流能力，采用分部分段在枯水期施工的方式，共布置24道枯期土石圍堰。

樞紐工程壩址處岸坡平緩，河床寬度約1.67km，河道在此段分為左、中、右三條主流，左岸主流河道寬75m，中間主流河道寬150m，右岸主流河道寬150m，樞紐布置在右側(cè)主河道段，根據(jù)地形條件、河道主流情況及樞紐布置，經(jīng)方案比較研究，采用左岸大明渠導(dǎo)流方式，即一期工程全年圍堰擋水，由左岸350m寬明渠過(guò)流，設(shè)計(jì)導(dǎo)流流量8940m3/s。樞紐施工導(dǎo)流具有工程規(guī)模大、導(dǎo)流流量大及運(yùn)行期長(zhǎng)等特點(diǎn)。從實(shí)際施工情況看，運(yùn)行條件良好，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)與設(shè)計(jì)符合，對(duì)工程建設(shè)順利完成起到了決定作用。

尾水渠及泄洪渠工程所處河道也分為左、中、右三條主流，中間主流通過(guò)汊濠與左右主流相連。軸線起始于上游黃荊壩，經(jīng)周陸壩、金壩等河心島及中間主流河床、漫灘至青衣江匯口，全長(zhǎng)9.5km。通過(guò)方案比較并結(jié)合導(dǎo)流模型試驗(yàn)，采用拓寬疏浚左岸主河道形成枯期導(dǎo)流明渠，不僅對(duì)沿線生產(chǎn)生活影響較小，同時(shí)保證尾水渠及泄洪渠枯水期全段可以實(shí)現(xiàn)全面旱地施工。

針對(duì)復(fù)雜的邊界導(dǎo)流條件，分段制定相關(guān)措施，極大地改善了施工條件，減輕了施工難度，降低了工程造價(jià)，為工程按期發(fā)電創(chuàng)造了有利條件。

5 混凝土防滲墻工程的創(chuàng)新性

安谷水電站庫(kù)區(qū)左岸副壩軸線長(zhǎng)10640.77m，右岸太平副壩軸線長(zhǎng)4686.0m，均為混凝土面板砂卵石壩，沿線砂卵石覆蓋層厚一般10m～19m，最厚達(dá)40.41m。副壩防滲采用厚度60cm～80cm的C25混凝土防滲墻，嵌入基巖1.0m。尾水渠軸線長(zhǎng)9430.0m，左堤為砂卵石混凝土面板壩，沿線砂卵石覆蓋層厚度一般為10m～20m，左堤防滲采用40cm厚的塑性防滲墻，嵌入基巖1.0m。閘壩樞紐中泄洪沖砂閘、左岸混凝土面板堆石壩建基于砂卵石層上，防滲采用80cm厚的C25混凝土防滲墻，嵌入基巖1.0m。一期圍堰軸線長(zhǎng)2240m，沿線砂卵石覆蓋層厚一般為10.8m～27.8m，防滲采用厚80cm的塑性混凝土防滲墻，嵌入基巖1.0m。

安谷水電站防滲墻成墻面積達(dá)36.78萬(wàn)m2，副壩和尾水渠防滲面積合計(jì)28.23萬(wàn)m2，為國(guó)內(nèi)單個(gè)水電站工程防滲墻規(guī)模之最。庫(kù)區(qū)副壩和尾水渠安排在2個(gè)枯水期內(nèi)完成防滲墻和壩體施工，防滲墻施工強(qiáng)度2.27萬(wàn)m2/月，施工強(qiáng)度大，為確保工程順利按期完成，仔細(xì)研究工程區(qū)的工程地質(zhì)條件，特別是防滲墻所經(jīng)段的砂卵石地層結(jié)構(gòu)、顆粒級(jí)配和滲漏特性等地質(zhì)條件。采用創(chuàng)新的薄型塑性混凝土防滲墻，拓展了薄型塑性混凝土防滲墻在工程中的應(yīng)用范圍，解決了薄型塑性混凝土防滲墻在砂卵石地層中采用“鉆抓法”以及“純抓法”所面臨的施工技術(shù)難題，最終保證副壩和尾水渠按期完工。

創(chuàng)新的薄型塑性混凝土防滲墻，為類(lèi)似工程的應(yīng)用提供了參考范例，為防滲墻施工技術(shù)的發(fā)展，起到了有力的推動(dòng)作用。

6 機(jī)電設(shè)備的先進(jìn)性

安谷水電站水頭變化范圍在31.14m～37.4m，設(shè)計(jì)引用流量2576.0m3/s，裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為190MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組是目前國(guó)內(nèi)國(guó)產(chǎn)單機(jī)容量最大的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組。通過(guò)認(rèn)真分析論證使用了東方電機(jī)股份有限公司ZZD658-LH-865立軸軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，為5葉片轉(zhuǎn)輪，其葉片采用五軸數(shù)控加工。水輪機(jī)額定水頭33m，額定轉(zhuǎn)速88.2r/min，額定工況點(diǎn)效率94.45%，最高效率95.62%。水輪機(jī)效率高，運(yùn)行穩(wěn)定性好，空蝕性能優(yōu)，其綜合性能處于全國(guó)領(lǐng)先水平。

安谷電站以?xún)苫?20kV岀線接入四川電網(wǎng)，經(jīng)認(rèn)真分析比較論證，確定了電氣主接線方案：發(fā)電機(jī)與變壓器采用一機(jī)一變單元接線方式。發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)為高阻接地方式；生態(tài)機(jī)組廠用分支裝設(shè)高壓限流裝置柜。主變壓器采用雙繞組變壓器，主變壓器中性點(diǎn)采用經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)接地方式，并在主變中性點(diǎn)設(shè)置了放電間隙；220kV側(cè)采用雙母線接線，采用GIS電氣設(shè)備。該方案投資省，運(yùn)行可靠性高。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按“無(wú)人值班”(少人值守)的原則設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)電站現(xiàn)地LCU、電站中控室、上級(jí)調(diào)度管理部門(mén)各級(jí)的監(jiān)視和控制。系統(tǒng)高度可靠、冗余，其本身的局部故障不影響現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，采用開(kāi)放式分層分布結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用冗余交換式1000M雙星型工業(yè)以太局域網(wǎng)絡(luò)；系統(tǒng)與非控制區(qū)及管理信息大區(qū)設(shè)備之間的通信按電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定配置安全防護(hù)隔離裝置；系統(tǒng)滿(mǎn)足電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化要求，采用廣域網(wǎng)絡(luò)與四川省調(diào)、四川省備調(diào)、地調(diào)及地備調(diào)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)互聯(lián)通信；系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)電站電氣設(shè)備的監(jiān)控、電氣參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、各機(jī)組的運(yùn)行管理及與各系統(tǒng)之間的通信等功能；系統(tǒng)與閘門(mén)控制系統(tǒng)之間采用以太網(wǎng)通訊，與輔控系統(tǒng)之間采用專(zhuān)有現(xiàn)場(chǎng)總線通訊；系統(tǒng)配置和設(shè)備選型符合計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，該系統(tǒng)達(dá)到當(dāng)前的國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

先進(jìn)的機(jī)電設(shè)備保障了電力的生產(chǎn)、輸送與管理，保證了能源的高效利用，智能化設(shè)備節(jié)約了運(yùn)營(yíng)成本。

7 結(jié)語(yǔ)

安谷水電站項(xiàng)目的建設(shè)符合國(guó)家積極開(kāi)發(fā)水電基地的能源發(fā)展戰(zhàn)略，符合四川省優(yōu)勢(shì)資源開(kāi)發(fā)的建設(shè)目標(biāo)，對(duì)四川電網(wǎng)的電力平衡發(fā)揮積極作用，有利于培育四川省水電支柱產(chǎn)業(yè)。項(xiàng)目建成后可使工程河段近20km兩岸的防洪標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)狀的5～10年一遇提高到20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)以上，還可使沙灣～樂(lè)山段河段達(dá)到Ⅴ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，改善航道條件；項(xiàng)目的建設(shè)有利于促進(jìn)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有積極意義。經(jīng)過(guò)本文研究分析，可以得到如下結(jié)論：

(1)充分適應(yīng)工程的地形條件采用混合式，可以有效解決工程開(kāi)發(fā)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，妥善解決工程移民問(wèn)題，同時(shí)滿(mǎn)足了環(huán)境生態(tài)的需要。

(2)安谷水電站獨(dú)特的長(zhǎng)尾水渠打破常規(guī)，很好地兼顧了水能利用、河道行洪、工程布置、工程投資、環(huán)境保護(hù)等諸多要求。

(3)結(jié)合天然汊河的分布情況，根據(jù)建筑物的特點(diǎn)，分段采用不同的導(dǎo)流方案，有效解決了復(fù)雜的導(dǎo)流邊界條件，極大地改善了施工條件，減輕了施工難度，提前完成了工期，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)創(chuàng)新的薄型塑性混凝土防滲墻，為類(lèi)似工程的應(yīng)用提供了參考范例，為防滲墻施工技術(shù)的發(fā)展，起到了有力的推動(dòng)作用。

(5)先進(jìn)的機(jī)電設(shè)備保障了電力的產(chǎn)生輸送與管理，能夠保證能源的高效利用，智能化設(shè)備節(jié)約了運(yùn)營(yíng)使用成本。