水利工程设计要点02水利水电枢纽工程的布置

2、水利水电枢纽工程的布置 水利水电枢纽工程的布置就是要合理地安排各个建筑物的相互位置。 坝址、坝型和枢纽布置是相互关联的，不同的坝轴线适于不同的坝型和枢纽布置方案，同一坝轴线也可以有不同的坝型和枢纽布置方案。 坝址、坝型和枢纽布置是一项综合性极强的复杂工作，需要在详尽研究坝址处的自然条件、枢纽及各建筑物的施工条件、运用条件、综合效益和发展远景及总投资造价等后，经过全面论证、综合比较后确定。 2.1 枢纽的布置时一般的布置原则2、1枢纽的布置时一般的布置原则 （1）首先要选择好泄洪和导流建筑物的布置方式，它往往是确定枢纽布置的重要影响因素。 应保证泄洪建筑物进出口尽可能与河道主流方向一致，使其有足够的泄水能力，进口的水头损失最小。 上游水流的是否平直顺地流入进口，对表孔的流量系数影响较大，而侧面进水时流量系数要小3~5%，甚至更多，也影响进口后的流态，尽量避免侧面引水。 出口需要设置合适的、可靠的和经济的消能设备，以使其对下游的淘刷作用不会影响枢纽建筑物的安全。（2）枢纽的布置既要满足枢纽的各项任务和功能的要求，又要适应枢纽工程所在区域的自然条件，便于施工布置，保证各个建筑物在任何工作条件下都能正常工作。 狭窄河谷中泄洪建筑物和电站建筑物布置之间的矛盾较为突出，因为泄洪的流速高、单宽流量较大、会加速对下游河床的冲刷和淤积，不仅对枢纽建筑物的安全会造成大的威胁，而且对电站尾水的干扰会影响发电的效益。 泄洪建筑物的布置应和枢纽中的其他建筑物，如坝、取（引）水道、电站厂房等统一起来考虑，以使之成为管理运行、施工、交通都方便的综合体。（3）在满足建筑物稳定和强度的前提下，降低枢纽总造价和年运行费用。（4）枢纽中各个建筑物布置紧凑、美观、协调。2.2 混凝土坝枢纽 混凝土坝枢纽坝身可布置泄水、发电进水口、冲沙孔等建筑物。但由于地形和地质等条件的区别，枢纽中泄水建筑物和发电厂房的位置和型式有各种不同的组合。 2.2.1 泄洪建筑物与电站厂房分开布置方式 （1）位于较宽河谷中的水利水电枢纽工程，广泛地采用泄洪与电站厂房分开布置的方式，这种布置形式结构比较简单，清晰明了，进口水流条件较好，出口情况也容易控制，可采用导水墙和合适的消能型式减少泄洪时冲淤下游河床及抬高尾水位的问题，电站厂房应尽可能靠近坝体，以减少管道工程量和水头损失以及开挖工程量。如黄河的万家寨水电站（图1-4），最大坝高105.0m，装机容量6*180MW，电站厂房和泄水建筑物各占峡谷河床的1/2，表孔、中孔、深孔组合泄洪，消力戽护坦挑流组合消能。

图1-4 黄河万家寨水电站平面布置图（2）四川白龙江上的宝珠寺水电站（图1-5），水库总库容25.5亿，装机容量70万KW，最大坝高132.0m，坝顶全长524.48m。最大坝高132.0m，枢纽工程采用混凝土实体重力坝，河床中间为坝后式厂房的布置方案，采用厂坝联合作用型式。两岸河床泄洪，右岸为基岩出露的河滩地形，布置导流明渠和表孔溢流坝，明渠底流消能，左岸为较缓的岩质边坡，布置泄洪中孔，泄槽挑流消能。拦河坝坝体从右向左共分为27个坝段，分别为右岸挡水坝段、河床坝段、左岸挡水坝段。根据地质条件，坝轴线平面布置为由河床向两岸延伸后向上游偏转呈折线型。

图1-5 四川白龙江宝珠寺水电站平面布置图（3）澜呛江上的大朝山水电站（图1-6，图1-7），最大坝高111.0m，河床全部布置表孔溢流坝和排砂孔，分别采用宽尾墩戽式消力池底流和挑流消能，6台225MW机组的厂房布置在右岸地下，机组进水口沿右岸坝肩缓坡地形布置 ，与大坝轴线构成紧凑的引水泄洪前沿。

图1-6 云南大朝山水电站平面布置图

图1-7 云南大朝山水电站上游立视图（4）三峡水利枢纽（图1-8）采用泄洪坝段位于河床中部，即原主河槽部位，两侧为电站坝段和非溢流坝段。水电站厂房位于两侧电站坝段坝后，另在右岸留有后期扩机的地下厂房位置。永久通航建筑物均布置于左岸。

图1-8 三峡水利枢纽布置图（5）由于拱坝形状的特点及更好地利用水头，电站厂房一般多布置于坝后的河床中部，泄洪建筑物则分别布置于厂房的两侧。当河床较狭窄，但岸坡较平缓，河谷较宽时，可采用厂房布置在坝后河床中，溢流坝则布置在一岸或两岸，以使水流通过较长的陡槽将洪水泄入下游河床中。我国的陈村拱坝在厂房的左右边都设溢洪道。最好能利用两个泄水建筑物的下泄水流在空中相撞以消杀能量。尽量避免两岸5泄水建筑物下泄水流相互影响而加深冲坑的情况。当坝基地质不好、下游的尾水又浅时，要设置短护坦以保护坝址，或设二道坝以壅高尾水形成较好的消力池。湖南东江双曲拱坝（图1-9），最大坝高157.0m，采用两岸潜孔滑雪道式大孔口泄洪，挑流消能，河床坝后式水电站，装机容量4*150MW。我国广东省乳源县南水支流汤盆水河上的泉水拱坝枢纽, 最大坝高80.0m，采用两岸滑雪道式溢洪道，两岸的溢洪道在平面上对称地布置以造成对撞式的消能。

图1-9 湖南东江双曲拱坝平面布置图

图1-10 广东泉水拱坝枢纽2.3 土石坝枢纽土石坝枢纽地址的选择应考虑地形和地质条件有利于建坝和布置其他建筑物，特别是应重视泄洪建筑物的布置。泄洪建筑物的布置和形式，应根据枢纽要求和条件进行综合比较后选定，宜以开敞式河岸溢洪道为主要泄洪建筑物，以提高土石坝枢纽的超泄能力和运行的可靠性。当下泄流量的功率很大时，河岸上又无其他合适的缺口时，就可在土坝的坝旁做陡槽式溢洪道。当坝址位于较宽阔的滩地时，也可做一段混凝土的溢流坝，把泄洪建筑物布置在河床。土石坝枢纽按照所处河段位置分为顺直河段上的枢纽和弯曲河段上的枢纽。布置在顺直河段上的土石坝枢纽，泄水建筑物和发电厂房等沿岸顺河布置，一般导流、泄水、引水系统等建筑物线路较长，枢纽建筑物布置比较拥挤，在地质条件允许时多采用地下厂房。鲁布革水电站（图1-21），最大坝高103.8m，枢纽由心墙堆石坝、长9387 m的引水隧洞、左岸地下厂房、河岸溢洪道、泄布置在弯曲河段上的土石坝枢纽，可以利用河弯形成的河间地块布置引水发电或泄水、导流建筑物。引水式水电站一般布置在河道转弯处，以便利用天然河道的落差，增加发电水头。如四川白龙江上的苗家坝水电站（图1-22 ），引水式水电站布置左岸紧邻坝趾，采用河岸溢洪道、泄洪洞泄洪方式。洪洞组成。

图1-21  鲁布革水电站

图1-22  白龙江苗家坝水电站平面图3、 水利水电枢纽工程枢纽布置方案选择实例枢纽布置方案比较与选择实例：3.1 瀑布沟水电站瀑布沟水电站，大坝为土石坝，河床覆盖层以上最大坝高186.0m，枢纽位于L形河湾的凹岸，初步拟定了三个枢纽布置方案：方案（1）右岸地面厂房方案方案（2）左岸地下厂房短尾水方案方案（3）左岸地下厂房长尾水方案。枢纽布置方案比较：表1-3瀑布沟水电站枢纽布置方案比较枢纽布置方案地质条件枢纽布置泄洪消能施工条件动能经济指标工程量（1）右岸地面厂房方案避免了地下洞室群的开挖，但进水口处高边坡开挖工程量大，存在高边坡稳定问题。引水发电系统位于右岸，缓解左岸其他建筑物布置紧张的状况，可以缩短左岸泄洪隧洞和过木隧洞的长度。引水发电系统尾水不受泄洪隧洞影响。枢纽建筑物布置相对较分散，施工干扰小。引水发电系统总水头损失5.380m。工程投资大于地下厂房方案。（2）左岸地下厂房短尾水方案能充分利用河湾的地形条件，左岸岩石完整、稳定。引水发电系统、泄洪隧洞和过木隧洞均集中布置在左岸，左岸上下游隧洞进出口较多，地下建筑物长度增加。引水发电系统尾水受泄洪隧洞影响。下游消能防冲、雾化处理等任务重。枢纽建筑物布置相对较集中，施工难度大，干扰大。引水发电系统总水头损失4.74m，短尾水方案利用河湾形成的落差小于长尾水方案。工程投资小于地下厂房长尾水方案。（3）左岸地下厂房长尾水方案同上同上同上同上利用河湾形成的落差较大。工程投资大于地下厂房短尾水方案。但年电量增加2亿KW..H，长期经济效益高。通过技术经济比较，最后选择左岸地下厂房长尾水方案，见图1-22。

图1-22 瀑布沟水电站左岸地下厂房长尾水方案

图1-23  瀑布沟水电站左岸地下厂房长尾水方案3.2 向家坝水电站3.2、 向家坝水电站金沙江上游的向家坝水电站采用混凝土重力坝坝型，枢纽布置比较了四个方案：方案（1）左岸坝后厂房右岸地下厂房方案方案（2）两岸坝后厂房方案方案（3）右岸坝后厂房方案右岸地下厂房方案方案（4）右岸坝后厂房方案方案（2）和方案（4）均为坝后厂房方案，两方案在技术经济上没有大的差别，不能提前发电，考虑到两岸坝后厂房方案可以兼顾云南和四川两省的利益，在方案（2）和方案（4）中选择方案（2）。同样方案（1）和方案（3）都有地下厂房方案，能提前发电，其他技术经济条件也相当，为兼顾云南和四川两省的利益，在方案（1）和方案（3）中选择同样方案（1）。表1-4 向家坝水电站枢纽布置方案比较枢纽布置方案地形条件地质条件枢纽布置及运行条件施工条件工程投资及动能经济指标方案（1）左岸坝后厂房右岸地下厂房方案右岸山体雄厚，有利于布置地下厂房。边坡岩组完整性好，岩层倾向山里，对边坡稳定有利。坝基位于须家河组岩性最好的亚组上，技术处理相对简单。泄水建筑物布置在河床中间，泄水方向与主河道一致。管理运行条件与方案（2）相同。右岸地下厂房方案不受施工导流工期的影响，初期发电时间由大坝初期蓄水时间确定。引水系统水头损失较方案（2）多0.21m，年发电量少1%。工程投资472.85亿元。方案（2）两岸坝后厂房方案所需要坝体前缘宽度大，建筑物布置较紧张。坝轴线需要向下游移动，地基完整性较差，技术处理相对复杂。同方案（1）两岸坝后厂房位于二期基坑内，工期受施工导流工期的影响制约，施工干扰大。工程投资490.95亿元。通过技术经济比较，最后选择左岸坝后厂房，右岸地下厂房方案，枢纽工程由拦河大坝、泄洪建筑物、左岸坝后厂房、右岸地下厂房、两岸灌溉取水口和升船机等建筑物组成，大坝为混凝土重力坝，最大坝高162米。见图1-24。

图1-24左岸坝后厂房右岸地下厂房方案