國外小水電設(shè)計要點
——以印尼Bone水電站為例

翟曉斌，游志純，王桂林

(中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014)

近些年來，由于我國國內(nèi)的水電開發(fā)幾近飽和，水電市場轉(zhuǎn)向國外發(fā)展，如東南亞、非洲等地，而因為對所在國的設(shè)計習(xí)慣、設(shè)計理念和審查制度缺乏了解，導(dǎo)致設(shè)計中出現(xiàn)許多問題，影響了設(shè)計進度和設(shè)計質(zhì)量，所以在承接設(shè)計任務(wù)前，有必要理清所在國的外部條件，掌握較為切實可靠的設(shè)計資料并加以消化吸收并認真分析，以較好的完成設(shè)計工作。

1 工程概況

印尼Bone水電站位于印度尼西亞哥倫打洛省(Gorontalo)Bone Bolango縣Bone河上，工程開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，以緩解該地區(qū)的電力供需矛盾。初擬壩址位于Suwawa Timur鎮(zhèn)Poduwoma村上游1.0 km處，距離哥倫打洛市大約28 km左右。印尼通常采用國際大壩委員會標準、美標或日標進行大壩工程設(shè)計，根據(jù)合同要求，該工程按中國標準設(shè)計完成概念設(shè)計，并需滿足當(dāng)?shù)貙彶橐蟆?/p>

本工程原有印尼當(dāng)?shù)毓咀鞯目裳袌蟾?，概念設(shè)計階段對其進行了復(fù)核，確定壩址多年平均徑流量為46.9 m3/s(測流復(fù)核值)，200年一遇校核[1]洪峰流量為1 172 m3/s，OBE設(shè)計動參數(shù)為0.25g。樞紐主要由攔河壩、左岸壩式進水口及河床式廠房、輸出線路等組成，采用河床式開發(fā)，最大壩高26.5 m，壩軸線長177.1 m，正常蓄水位95.0 m，總庫容177.58萬m3，為Ⅳ等小(1)型工程[2]，泄水建筑物采用2孔6.6 m×8.5 m(寬×高)泄洪兼拉沙閘，機組引用流量83.6 m3/s，河床式廠房裝機2臺，總裝機容量9.9 MW。

2 設(shè)計要點

國外水電設(shè)計中，受制于所在國的社會政治、經(jīng)濟條件，合理外圍參數(shù)的確定較為困難，但因其對設(shè)計成果影響較大，需要慎重對待。概念設(shè)計階段，結(jié)合現(xiàn)場水文、地質(zhì)地形條件、水文調(diào)查及現(xiàn)場測流成果，對印尼當(dāng)?shù)毓鞠惹白鞯目裳袌蟾孢M行認真評估分析，尤其是對工程影響較大的為水文、地震及邊坡條件等重新進行研究評價，以期獲得較為合理的設(shè)計資料。

2.1 水文

1)徑流。徑流流量關(guān)系到電站的規(guī)模和經(jīng)濟指標，是水電站設(shè)計中的重要參數(shù)，其數(shù)據(jù)主要來自于對實測成果的分析整理。經(jīng)調(diào)查，壩址以上流域內(nèi)無水文、氣象測站，壩址下游設(shè)有Tulabolo水文站、Alale水文站和Talumolo 水文站，但收集到的水文資料時段較短，一致性較差。印尼原可研成果采用的壩址多年平均流量(中值流量)為150.3 m3/s(為測流復(fù)核值的約3倍)，其來源系按新加坡DHI公司在2012年作的小水電評估報告進行分析，考慮山地迎坡雨、季風(fēng)等影響，對壩址下游水文站由水深推得的流量成果做了較大修正。根據(jù)Bone河河道實際流量初步分析，該值偏差較大，可信度較低。

概設(shè)階段經(jīng)對收集到的水文資料相關(guān)性、合理性及代表性進行進一步分析，結(jié)合水文站流量率定、實際測流成果，對壩址流量予以復(fù)核，以確定合理的徑流流量。經(jīng)分析，Bone壩址控制集水面積為1 000.9 km2，Tulabolo水文站在壩址下游，控制集水面積為1 003 km2，2007～2016年多年平均降雨量為2 307 mm，同時通過現(xiàn)場調(diào)查及相關(guān)資料，按Tulabolo水文站降雨資料的徑流系數(shù)為0.7，確定多年平均流量為51.3 m3/s，該值與后來現(xiàn)場測流取得的成果較為接近且相互印證，最終選用現(xiàn)場測流成果46.7 m3/s為壩址多年平均流量。

2)洪水。洪峰流量取值合適與否直接影響到壩體安全及防洪建筑物規(guī)模，并對壩體樞紐布置和電站經(jīng)濟指標有重要影響，需認真分析。根據(jù)印尼原可研成果，洪峰流量系根據(jù)Tolabolo水文站3年的逐日平均流量推得，100年一遇洪水的洪峰流量682 m3/s，200年一遇的洪峰流量為765 m3/s，取值偏小，可靠性偏低且不安全。因該流域無實測洪水資料，經(jīng)收集并結(jié)合該島臨近水電工程(Lasolo水電站、Sembakung水電站、Tandung水電站)設(shè)計成果，考慮多年平均降雨因素，進行洪峰模數(shù)類比，推得100年一遇洪水的洪峰流量989 m3/s，200年一遇的洪峰流量為1 172 m3/s，作為壩址設(shè)計特征流量。

2.2 設(shè)計地震

根據(jù)《2017年印尼地震風(fēng)險圖》，工程區(qū)100年重現(xiàn)期地震動峰值加速度為0.2～0.25g，200年重現(xiàn)期地震動峰值加速度為0.25～0.3g。本工程為低壩，結(jié)合工程實際情況并參考國際類似工程經(jīng)驗[3]，地震設(shè)防采用運行基本地震(OBE)標準[4]，地震動峰值加速度取0.25g，抗震設(shè)防類別為丁類。

2.3 樞紐布置

印尼原可研成果采用引水式開發(fā)，左岸滾水壩+右岸沖沙閘+右岸引水系統(tǒng)+地面廠房的布置方案。樞紐滾水壩頂高程93.0 m，壩軸線長57.0 m，建基面高程74.0 m，最大壩高19.0 m；沖沙閘采用2孔2.5 m×3.0 m(寬×高)；引水渠全長440.0 m，壓力前池長54.0 m。因場區(qū)河床天然落差較小，引水式開發(fā)優(yōu)越性不明顯，且右岸為覆蓋層邊坡，自身穩(wěn)定性較差，引水明渠施工時開挖支護工程量顯著，同時壓力前池占地及混凝土工程量亦相當(dāng)可觀，該方案投資較大，經(jīng)濟性較差。

概設(shè)階段，經(jīng)優(yōu)化分析，擬采用河床式開發(fā)。由于場址擬選壩址處右岸覆蓋層較厚，邊坡穩(wěn)定性較差，而左岸地勢相對較緩，適合布置廠房，故采用左岸河床廠房+泄洪拉沙閘+右岸非溢流壩的樞紐布置格局，各建筑物布置緊湊，管理運行方便。壩頂高程98.0 m，壩軸線長177.5 m，建基面高程73.0 m，最大壩高26.0 m；泄洪拉沙閘采用2孔6.6 m×8.5 m(寬×高)。樞紐平面布置見圖1。

2.4 邊坡處理

壩址左壩肩邊坡現(xiàn)為自然邊坡，現(xiàn)狀穩(wěn)定；右壩肩邊坡高程105 m以上為2015年前后由人工開挖形成，邊坡坡角40～50，高程105 m以下為自然邊坡，邊坡坡角30～40，人工開挖邊坡現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，原開挖斷面大多完好，局部由于暴雨的沖刷發(fā)生塌滑，壩址現(xiàn)狀見圖2。

結(jié)合邊坡分析軟件計算成果，擬定的邊坡處理方案為：左岸設(shè)兩級邊坡，每級坡高15 m、坡比1∶1，馬道寬2 m，坡面設(shè)間、排距2.5 m系統(tǒng)錨桿(φ28，L=9 m)；右岸設(shè)兩級邊坡，第一級坡高15 m，第二級坡高20 m，坡比均為1∶1.5，馬道寬2.0 m，坡面設(shè)間、排距2.5 m系統(tǒng)錨桿(φ28，L=6 m)。經(jīng)計算，邊坡按此處理后，各工況下均能滿足穩(wěn)定要求。

圖1 樞紐平面布置圖

圖2 壩址現(xiàn)狀圖(上游視)

2.5 送出問題

本工程擬新建20 kV架空線路約2 km(出線至電網(wǎng)接入點)，改造升級20 kV架空線路約20 km(原設(shè)計容量6 MW)，該部分工程已由承包商委托當(dāng)?shù)仄髽I(yè)設(shè)計、施工。經(jīng)分析，若按中國標準采用240 mm2導(dǎo)線，線路年損耗電量高達8%，線損較高。后期需進一步根據(jù)附近高電壓等級接入變電站情況及容量，研究加大導(dǎo)線截面、采用多回路輸電線路、新建高等級變電站及升降壓輸電線路等方案，擇優(yōu)選定經(jīng)濟合理的送出方式。

3 印尼大壩安全委員會審查要求

印尼大壩安全委員會是印尼大壩工程的管理和審批機構(gòu)，根據(jù)該委員會的規(guī)定，從基底起算，壩高超過15 m均被界定為大壩，需要提交行政要求和技術(shù)要求兩部分文件進行審查，審查通過方能開工建設(shè)。行政要求主要涉及設(shè)計批準書及施工實施許可證，技術(shù)要求主要涉及可行性研究報告、詳細設(shè)計報告等。通常審批需要8～12個月，時間較長，工程投資建設(shè)時需提前作好準備。

4 結(jié) 語

國外小水電常?；A(chǔ)資料較為匱乏，外部條件復(fù)雜，在進行建設(shè)時，往往需要根據(jù)工程自身特點及所在國的條件及實際經(jīng)驗，在保證工程安全的條件下，盡最大可能提高工程效益。本文以印尼Bone水電站為實例，通過分析該工程概設(shè)階段的設(shè)計要點，結(jié)合搜集到的設(shè)計資料及現(xiàn)場勘測成果，從工程水文、地震、邊坡、樞紐布置等多個方面進行綜合比較分析，最終較好的確定了工程外部參數(shù)，為項目的順利推進創(chuàng)造了條件，也為類似工程設(shè)計提供了經(jīng)驗參考。