韓江高陂水利樞紐壩址及壩軸線比選分析

曾云波，陳超志

(梅州市大埔韓江高陂水利樞紐工程建設管理處，廣東 梅州 514000)

0 引言

水利工程樞紐布置方案受地質(zhì)、地形、水文、水工、施工等多方面因素的制約，工程最終要求滿足運行安全、方便、經(jīng)濟合理、技術先進等條件[1]。壩軸線的選擇不僅要滿足樞紐設計指標和建筑物布置方案，還應充分考慮工程地形地質(zhì)條件、移民搬遷、施工難易度及環(huán)境影響等因素。鑒于壩軸線對水利樞紐建設的影響權重，有必要深入分析選址過程中應考慮的因素，綜合比選出經(jīng)濟效益和社會效益最優(yōu)的設計方案。

1 工程概況

韓江高陂水利樞紐位于廣東省東部梅州市大埔縣高陂鎮(zhèn)渡頭村，壩址以上集水面積26590 km2，工程開發(fā)任務為以防洪、供水為主，兼顧發(fā)電和航運等綜合利用。樞紐正常蓄水位為38.0 m，供水死水位為28.0 m，發(fā)電最低運行水位為30.0 m，50 a一遇防洪高水位為44.67 m，100 a一遇防洪高水位為47.44 m，設計洪水位為47.44 m，校核洪水位為47.44 m；水庫調(diào)節(jié)庫容為0.939億m3，死庫容為440萬m3，防洪庫容為2.673億m3，總庫容為3.656億m3。水電站裝機容量為100 MW。

2 壩軸線選擇

2.1 壩軸線位置擬定

項目初步擬定了上、中、下壩址。中壩址位于下崗村附近，壩址位置河段較順直，兩岸分布階地，上游河道在壩址上游約300 m處向西南向拐彎，下游河道在壩址下游約850 m處向東南向拐彎，河床縮窄較大。為了減小電站廠房尾水與下游山體擴挖邊坡的角度，改善尾水出流條件，盡快擴散尾水，降低下游水位壅高，保證電站出力，將中壩址壩軸線以右岸B點逆時針方向旋轉(zhuǎn)2°，使得左岸壩頭位于沖溝處，為縮短連接壩長度，向下游彎折與山體連接，即中壩線；結(jié)合兩岸地形條件，在中壩線上游約100 m、下游約110 m位置各選擇一條壩軸線，即上壩線和下壩線，與中壩線進行綜合技術經(jīng)濟比較。

2.2 壩軸線綜合比選

2.2.1 工程地質(zhì)評價

上壩線位于下崗村上游，壩線走向北東64°，壩線剖面河谷地形呈平寬的“U”形，左岸階地寬35 m，右岸階地寬110 m，階地地面高程約34 m，河床寬約450 m。河床、階地沖積層厚度9 m～29 m。

中壩線位于下崗村中部，距上壩線約100 m，壩線走向北東67°，右岸與上壩線同一個山包，左岸位于北西走向沖溝下游山坡。壩線剖面河谷地形呈平寬的“U”形，左岸階地寬約60 m，右岸階地寬120 m，階地地面高程約34 m，河床寬約400 m。河床沖積層厚度9 m～37 m，總體是由左河床至右河床逐漸變厚。

下壩線位于下崗村下游，距中壩線約110 m，壩線走向北東69°，右岸位于中壩線山包下游沖溝山坡上，往下游約50 m山坡向河床凸出，左岸與中壩線同一個山包。壩線剖面河谷地形呈平寬的“U”形，左岸階地寬約50 m，右岸階地寬120 m，階地地面高程約34 m，河床寬約430 m。各壩線工程地質(zhì)條件比較(見表1)。

表1 各壩線工程地質(zhì)條件比較

三條壩線，均具備建壩條件，地質(zhì)條件未成為制約因素。

2.2.2 地形條件比較

上壩線靠近河道拐彎及沖溝出口，對船只通航存在安全隱患，沖溝也影響施工期圍堰布置；下壩線下游河道縮窄，廠房尾水條件較差，工程開挖量大，永久邊坡高度較大；中壩線位置居中，基本避開了上、下壩線存在的不利因素，在船閘和廠房布置條件方面相對較好，綜合分析，地形條件影響較大，因此，從地形地質(zhì)方面比較，中壩線較優(yōu)。

2.2.3 樞紐布置比較

上壩線電站廠房進水渠位于階地上，影響電站進水，需適當開挖疏浚，但疏浚范圍相對較??；由于上壩線距離河道縮窄處最遠，對下游右岸山體進行擴挖后，下游尾水出流條件相對較好；船閘上游引航道口門區(qū)緊靠左岸階地，下游引航道及連接段位于階地及左岸山坡上，且河道轉(zhuǎn)彎，均需大量擴挖以滿足通航要求。

中壩線電站廠房進水渠同樣位于階地上，需適當開挖疏浚以滿足進水條件，受下游河道縮窄影響，擴挖右岸灘地和山體后，廠房尾水出流條件相對較差。船閘上游引航道、口門區(qū)距離河道轉(zhuǎn)彎處相對較遠，局部開挖后可滿足通航要求，下游引航道連接段位于左岸下游山坡上，且河道轉(zhuǎn)彎，均需大量擴挖山體，以滿足通航要求。

下壩線廠房進水渠位于階地上，疏浚的范圍較大；由于壩線與下游河道縮窄處最近，需要大規(guī)模開挖右岸山體，開挖邊坡高度最大、開挖量最大，出流條件最差，不利于電站出力。船閘上游引航道距離河段轉(zhuǎn)彎處較遠，不需擴挖階地，通航條件相對較好，下游引航道及連接段位于左岸山坡上，距離下游河道縮窄處最近，且河道轉(zhuǎn)彎，需大量擴挖山體以滿足通航要求。而且廠房所在位置階地狹窄，需適當擴挖山體滿足廠區(qū)布置，廠區(qū)布置條件較差。

綜上分析，從樞紐布置方面比較，中壩線較優(yōu)。

2.2.4 通航及泄洪條件比較

上壩線距離上游河道轉(zhuǎn)彎處最近，洪水期水閘泄流時容易形成偏流，影響右側(cè)泄水閘的過流能力，對水流的銜接最為不利；船閘上游引航道處于河道拐彎處及沖溝出口，對船舶通航影響較大，水流沖刷一定程度影響導航建筑物的安全，擴挖后連接段與河道主流交角仍較大，在泄水閘泄流時受水流影響船舶進入引航道的條件較差，存在一定的安全隱患；下游引航道及連接段均需大量擴挖山體才能滿足通航要求，三個壩址中其上游通航條件最差，下游通航條件相對較好。

中壩線距離上游河道轉(zhuǎn)彎處較遠，河道較順直平穩(wěn)，樞紐上下游流態(tài)相對較好。船閘上游引航道、口門區(qū)距離河道轉(zhuǎn)彎處相對較遠，局部開挖后可滿足通航條件，通航條件相對較好，下游引航道連接段需大量擴挖山體以滿足上、下游通航要求，三個壩址中其通航條件相對較好。

下壩線距離上游河道轉(zhuǎn)彎處最遠，水流轉(zhuǎn)彎后經(jīng)調(diào)整偏流影響最小，但距離下游縮窄河道過近，對泄水閘泄流、廠房尾水及下游通航條件均存在一定的影響。船閘上游引航道距離河段轉(zhuǎn)彎處較遠，通航條件最好，下游引航道及連接段位于左岸山坡上，距離下游河道縮窄處最近，且河道轉(zhuǎn)彎，泄水閘泄流時縱向流速較大，不利于船舶通航，通航條件相對較差。

綜上分析，對三個壩線進行河道疏浚及山體擴挖后，可基本滿足通航及泄洪條件，各有優(yōu)缺點?？傮w上，中壩線較優(yōu)。

2.2.5 施工條件比較

上、中、下3條壩線位置距離較近，施工條件、施工導流、施工布置方面基本相同。上壩線上游靠近河道轉(zhuǎn)彎和沖溝出口，施工圍堰布置較為困難；下壩線受兩岸地形限制，河床寬度狹窄，為滿足上壩道路布置及施工導流需要，兩岸山體擴挖工程量較大，但可利用部分石方開挖料作為混凝土骨料，石料場開采量相對較小。中壩線位置居中，避開了上、下壩線存在的不利因素。因此，從施工條件來看，中壩線略優(yōu)。

2.2.6 水土保持及環(huán)境影響比較

三條壩線均不存在制約性環(huán)境影響因素，中壩線棄渣量、水土流失量及水保投資最小，對環(huán)境的影響較小。因此，從水土保持及環(huán)境影響的角度看，中壩線較優(yōu)。

2.2.7 水庫淹沒比較

三個壩線均需開挖左右岸山體，工程占地范圍的下游端相同，庫區(qū)淹沒及工程占地范圍相同。

2.2.8 投資及發(fā)電效益比較

上壩線建筑及臨時工程投資194859萬元，中壩線建筑及臨時工程投資187580萬元，下壩線建筑及臨時工程投資207293萬元。顯然，從投資方面看，中壩線優(yōu)于上、下壩線。

2.3 壩線選擇

根據(jù)上述壩軸線的技術經(jīng)濟比較，在相同規(guī)模的基礎上，上、中、下壩線均具備作為水利樞紐的基本條件。中壩線樞紐各建筑物布置條件較優(yōu)，通航、泄洪條件較好，開挖及棄渣量較少，符合水土保持及環(huán)境影響要求。中壩線建筑物工程及臨時工程投資比上壩線少7279萬元、比下壩線少19713萬元，因此，經(jīng)地形、地質(zhì)、樞紐布置、施工、投資等方面的綜合技術經(jīng)濟比較，推薦中壩線作為本工程樞紐壩軸線(見表2)。

表2 壩線工程特性比較表

3 結(jié)論

在水利樞紐的前期論證階段經(jīng)常會涉及壩址比選問題，結(jié)合水庫開發(fā)目標進行全面的經(jīng)濟技術比選，確保充分發(fā)揮工程效益達到“興利除害”的目的。通過對韓江高陂水利樞紐上、中、下壩軸線經(jīng)地形、地質(zhì)、樞紐布置、施工、投資等方面的綜合技術經(jīng)濟比較，最終確定中壩軸線為推薦方案，比選方法對類似工程建設選址具有很好的參考價值。