（水文学及水资源专业论文）公伯峡水电站施工度汛方案优化设计.pdf

摘要 公伯峡水电站施工渡汛方案优化设计 职称：教授 摘要 作者姓名 答辩日期 本论文结台国家重点工程项目一公伯峡水电站的建设，以屯站建设期施工渡汛 为研究重点，从实施出发，分析黄河上游气候特。t i f f l 梯级水库群的实际运行状况， 对施工渡汛中的主要问题一施1 导流方案、施1 围堰及导流度汛的优化设计等进行 了比较全面深入的研究，为公伯峡水电站施_ i 一期度汛提供技术支撑。其主要研究成 果如下： ( 1 ) 公伯峡水电站2 0 0 2 年施 ：洪水分析。根据黄河上游的洪水资料和近几十 年来龙羊峡运行规律，对龙羊峡水库未来两年的水位进行预测，结合龙一李两库的 联合调度，得到公伯峡坝址的洪水组成，进行公伯峡的施工洪水设计，确定了公伯 峡的施工洪水方案。 ( 2 ) 公伯峡水电站施工围堰及导流渡汛优化设计。为加快导流洞施工及施工和 施工安全，减少施工风险，通过对龙羊峡、李家峡电站多年运行规律研究，对公伯 2 0 0 2 年的施工洪水及度汛洪水进行充分的分析、计算，优化了导流遂洞断面，减 少了施工风险。 ( 3 ) 公伯峡水电站2 0 0 2 年截流设计。截流量选定后，结合公伯峡：】- 程特点、施 工条件及地形、地质条件，选定截流位置、截流方式以及合龙、闭气等技术设计，选 择合适的围堰型式等。 ( 4 ) 施工组织设计。根据截流没计要求，工程施工特点，进行精心的施1 组织设 计。 关键词：施工度汛洪水调度方案优化设计 嚣裂 水名， ：姓 科师学导 a b s l r a c t o p t i m a ld e s i g no ng o n g b o x i ah y d r o p o w e rs t a t i o n c o n s t r u c t i o nd u r i n gf l o o dp e r i o d p a u t h o r ：咖 a b s t r a c t ：c o m b i n e dw i t ht h es i g n i f i c a n tp r o j e c t - g o n g b o x i ah y d r o p o w e r s t a r i o nc o n s t r u e t i o n ，e m p h a s iz e do uc o n s t r u c t i o nd u r i n gf l o o dp e r i o do fp o w e r s t a t i o nc o n s t r u c t i o np e r i o d t h ec l i m a t ec h a r a c t e ro ft h eu p s t r e a mo fy e l l o w r i v e rb a s i na n dt h ep r a t t i c eo p e r a t i o ns t a t eo fc a s c a d er e s e r v o i r sa r ea n a l y z e d ， s o m ep r o b l e m si oc o n s t r u c t i o rs u c ha sd i v e r s i o ns c h e m e ，c o f f e r d a ma n do p t i m a l d e s i g no fd i v e r s i o nd u r i n gf l o o dp e r i o da r ea l s os t u d i e d ，s oa st op r o v i d e t e c h n o l o g i c a ls u p p o r tf o rg o n g b o x i ah y d r o p o w e rs t a t i o i lc o n s t r u c t i o np e r i o d t h em a i nr e s u i t so ft h ep a p e ra r ea sf o ll o w s ： ( 1 ) t h ef l o o da n a l y s i so ng o n g b o x i ah y d r o p o w e ri nc o n s t r u c t i o ni n2 0 0 2 i na c c o r d a n c ew i t ht h ef l o o dd a t u mo ft h eu p s t r e a mo fy el l o wr i v e rb a s i na n d t h ed o z e n so fy e a r so ft h eo p e r a t i o nr e g u l a t i o no fl o n g y a n g x i ar e s e r v o i r ，t h e l e v e l so fl o n g y a n g x i ar e s e r v o i mo fp r o s p e c t i v et w oy e a r sa r ef o r e c a s t e d 、 c o m b i n e d w i t ht h eu n i o l l d is p a t c h i n go fl o n g 一1 ir e s e r v o i r s t h ef l o o d c o n s t i t u t i o n so fg o n g b o x i ad a ms i t e ，t h ef f o o d s c h e m eo fg o n g b o x i ai n c o n s t r u c t i o na r ep r e s e n t e d ( 2 ) t h eo p t i m a ld e s i g no fc o f f e r d a ma n dd i v e r s i o nd u r i n gf f o o dp e r i o d t oa c c e l e r a t ec o n s t r u c t i o no fd i v e r s i o nt u n n e la n dr e d u c er is k s t u d yo ny e a r s o fo p e r a t i o nr e g u l a t i o n so fl o n g y a n g x i aa n dl i j i a x i ar e s e r v o i r s ，b ya n a l y z i n g a n d c a l c u l a t i n gt h e f l o o di nc o n s t r u c t i o na n dd u r i n gf l o o d p e r i o d ， c r o s s s e c t i o no fd i v e r s i o nt u n n e liso p t i m iz e d ( 3 ) t h ed e s i g no fg o n g b o x i ah y d r o p o w e ri n2 0 0 2 a f t e rd e c i d e d ，c o m b i n e d w i t ht h ec h a r a c t e ro fe n g i n e e r i n g ，c o n s t r u c t i o nc o n d i t i o n ，t o p o g r a p h ya n d c o n d i t i o r s ，d e c i d e dl o c a t i o na n dm o d eo f ，a n dt e c h n o l o g i c a ld e s i g no fc u t f l o w ( 4 ) t h ec o n s t r u c t i o nd e s i g n i n t e r m so fc u t f l o wd e s i g nd e m a n da n d c o n s t r u c tf e a t u r e ，c a r r yo u tp r e c i s ec o n s t r u c t i o na n dd e s i g n k e yw o r d s ：e o n s t r u c t i o nd u r i n gf l o o dp e r i o d ，f l o o dd i s p a t c h i n gm e t h o d ，o p t i m a l d e s i g n ； 1 绪论 1 绪论 1 1 研究的目的的意义 公倍蛱水电站位于蛮海省循化晏和他隰娶交彝的公伯峡谷如目段。 为燹溪上游龙羊涣黉镧映河段援翻鳃篱溪个太鳖臻级毫羹。上疆蔻羊 峡水电站约1 8 4 6 k i n 。嫩苹峡水库为一座具有多年调节性能的缀型水库， 总库容量2 7 6 亿m 1 ，防洪库容量5 4 亿m 3 ，与刘家峡水库联合调度运行后， 大幅度削减了公伯峡等下游水库的入库洪水。由于龙羊峡水库具有巨大 调淤黢力，因姥如俺利鹰这一防洪库容采减少下游电站工程旄工裁莲工 洪承流量，疆少导浚、渡汛豹风险，节终工程曩，是惹羊蘸下游电菇工 程优化设计的一个重簧课题。 原公伯峡初步设计报告中，按2 0 年一遇的施工导流标准设计了施 工导流流量。为了减少导流流量。曾研究了龙羊峡水库在正常运行情况 下，派麓疆裁瘩位由2 5 9 4 m 洚为2 5 9 2 m ，濑攘一级2 0 年一遴以下洪拳隧 控 氆2 5 0 0 m 2 s 的调滚方案，使导流流量国4 2 8 0 m a s 降为3 5 t o m s 。按蓬 工进度安排，截流后第一汛期为坝体临时断面挡水，导流洞 l i 洪，其渡 汛标准为5 0 年一遇洪水( 即q = 4 9 9 0 m 3 s ) 。原设计导流洞断面为1 4 m 1 5 m ， 调洪蜃最高水位达1 9 6 7 ，4 m ，下泄流量为4 6 1 4 m 3 s ，此时库餐趣过1 0 亿瓣3 ，按簌蓬疆定渡添括壤还应提裹为拦零一逶，末位还褥燮褰。只有 在水位低于1 9 6 4 o m 时( 库容小于1 0 亿m 3 ) ，才能采用5 0 年一逞洪永 标凇。且临时断面越黼，填筑工程量和施工强度越大，渡汛风险也增大。 若能减少施工洪水( p = 2 ) ，降低临时断丽，缩小导流洞尺寸，就可降低 填筑强度。同时，减小鼯流洞尺寸有利予降低施工难度和控审施工进度， 以确绦渡瀑安全。奉淡楚羲是要透过避一步分掇骚究龙莩映承露调寝方 蘸安瑾王大学工程颁学位论文 察、进一步研究公伯峡导流洞截流施工工艺方案，减少5 0 年一遇以下洪 零豹下瀵嚣，菰减少公氆蚨蕤互洪承浚羹豹霹疑蠖帮合毽经。 1 2 国内外研究概况和发展趋势 水库调度，亦称水库控制运用。水库调度工作是根据水库承担的水 裂饪务弱圭次及援定懿调度藤瑙，运鲻承疼懿溺纂戆力，在镶_ l 歪大矮安 全的前提下，有计划地对入席的天然径流进行瞽泄，达到除害兴利、综 合剥用水资源、最大限度地满足国民缀济各部门的需要为鼹的。它是水 库运行管理的中心环节，其主要内容包括：拟怒各项水利任务豹调度方 式；编制水库调度规程和年调度计划；确定面临时段( 月、旬) 水库蓄 灌计划及霜掌实辩撩箨撬翻等。它楚璨薄东瘴安全、充分发挥拳露综合 效益的墩重要的环节。水库调度工作关系到国鼠经济各部门的发展，调 度鼹当，其瑷加数效益十分可戏；始爨调度失误，蝽造成一 - 分严重蕊损 失。因此，水库调度工作具有十分重要的意义。 水摩调度始于2 0 世纪初，当时由于大量水库和水电站的兴建，促进 了河埘径流调节遴论的发袋，开始溺经验的调度方法( 戳实铡隶文要 素为依据) ，利用水库对洪水和枯水进行调节。1 9 2 6 年苏联英洛佐夫提出 东毫站拳痒调配灞繁熬壤念，囊螽逐步发疑形藏强拳瘁调疫爱为撵鹰戆 水库调度方法。这种方法至今仍被广泛采用。5 0 年代以来，由于现代应 用数学、经流调节理诠、电子计算技术及其实辨控制技本的迅速发展， 使得以嫩大经济效果为目标的永库优化调度成为研究热点之一，宽獒是 以水电站和电力系铙以经济运行为目标的水电蟊蛊水库优化调度的广泛深 入砑究，获褥了许多开毯经的科骚裁莱，著在蜜际运嗣中取褥了秘步效 果，使水库调度理论、方法甄趋完善和成熟，廊用更加广泛，取得的效 盏卡分霆大。 在河流上修建水工建筑物，施工期间往往与通航、筏运、渔业、灌 1 缝渔 溉或水电站运行等水资源综合利用的绥求发生矛盾。水利水电工程熬个 整工过程中戆蓬王簿滚，霹黻采取“簿、截、慰、蓄、瀵”等王稳缮麓 来解决施： 和水流鬻泄之间的矛盾，避免水流对水工建筑物施工的不利 影酸，掇涎水流量全部或部分建导囱下游或拦蓄起来，以傈证于蛾藏工 和掩工期不影响或尽可能少影响水资源的综合利用。施工导流的基本方 法，大体上可分为两类：类是分段嗣堰法导流，水流邋过被束肇的河 床、埙体底孔、缺妇或弱稽篝往下游窥灌：另类是全驳蔺堰法导漉， 水流通过河床外的临时或永久的隧洞、明渠或河床内的涵管等往下游宣 滏。 导流标准是选择导流设计流量进行施工导流设计的标准。导流设计 流量是选择导流方案，设计导浚建筑物的主要依搀。 箍工前，若能预报整个施工期的求情变化，据以拟定辱流设计流量， 最符合经济与安全施工的原则。但这种长期预报，目前还不很准确，不 畿佟为确定导滚设诗滚量豹缀据。 施工期可能遭遇的洪水，是一个随机事件。如果标凇太高，不仅增 蕊导凌爨震，恧虽可能困其怒模的太大敷致无法按翅完成，造成工程薤 工的被动局面。 水电立占施工波汛，根据其上游是荫已建有水库，施工渡汛可分骶种 情况： ( 1 )当河流上游未建水库时，水库旋工要靠围堰抗御天然洪水，将 造藏麓王围堰懿设计蠢准蓑，授姿太、工麓长等溺题。 ( 2 )当上游哲水库时，水库施工可以依靠上游水库的拦蓄洪水的作 用，剃减旌工期洪峰，因此豳堰设计标准可以降低，投资小、工期短。 在汛期上游水库的调度应积板配合下游电站的施工，完全服从下游电站 施工渡汛的要求。 3 西安理：i 二大学工程硕士学位论文 1 3 本论文研究的主要内容 本论文主簧怒狡蕹黄泻上游静洪承资籽，结合诧一刘两滗联合谖度 运行方案，并充分考虑黄河上游龙羊峡水库巨大库容的调节能力，利用 龙羊峡水库目前尚存的1 2 5 亿m 3 的库容。进行合理分析、有效调度在经 济比较的前提下尽量减小龙羊峡、李家峡的下淫流量，减小公伯蛱电站 的导截流流量和施工的防洪标准。并在此基础上进一步优化公伯峡电站 鳃导瀛淹瀑及罄攥蕻夏，镬公健浚的导簸浚及渡溅顺利逡嚣。 ( 】)公伯峡水电站2 0 0 2 年施工洪水分析 公伯峡上游肖龙羊峡水库、李家峡水库，下游有刘家峡水库。龙羊 埃为多年调节承露，字龙羊浃建残卡多簿来，下游寒杰德旗，承疼长麓 处于低水位运行，至今没蓄满，这对公伯峡电站的施工极为脊利。 搬据黄河上游的洪水资料和近几十年来龙羊蛱运行规律，对龙羊峡 永疼朱来两年静水位进行颈灏，结合龙一李两痒酌联合调度，褥到公倍 峡坝址的洪水组成，进行公伯峡的施工洪水设计，确定公伯峡的旌工洪 承方嶷。 ( 2 ) 公伯峡水电站施工围堰及导流度汛优化设计 公伯峡电站在初步设计阶段选定的母流度汛方忒为遂洞母流，枯水 期甄潮堰整瘩，滚絮剥蠲大矮l 囊露蕻嚣搂承度潺，蓥凌全年藏王戆导浚 度汛方式。 2 0 0 2 年公伯峡水电站截流在即。为加侠导流涧施工及施工和施工安 全，藏少蕤工藏输，透遗对龙羊族、李家骧毫蘩多年运行蔑德疆究，霹 公伯2 0 0 2 年的施工洪水及度汛洪水进行充分的分析、计算，优化导流遂 洞断藤，减少施工风险。并遇过洪水分柢及公伯蛱现场施工情况，进一 步研究导流度汛方案，减少度汛巍陵稻节省投资。 ( 3 )公伯峡水电站2 0 0 2 年截流设计 投摄公饱暖瞧菇蕤工避度安羲 ，毒刀步定予2 0 0 2 每3 月下镱送行截滚。 4 i 绪论 根据水利水电工程施工组织设计规范的有关规定，公伯峡截流 设计流量应取3 月份l o 年一遇的洪水，据此应在公伯峡坝址隧的洪水基 懿上，宠势考虑上游攀家姨电菇多年采3 弼徐豹运行袁承瘁浚鬟，选定 可靠的截流流量。 截流量选定后结合公伯峡工程特点、施工条件及地形、地质条件， 选定截流位置、截流方式以及合龙、闭气蒋技术设计，选择合适的围堰 型式等。 ( ) 蓬工缝缓设落1 施工截流前，应按据截流设计要求，工程箍工特点，进行精心的施 工缎织设计，编出严密的设计报告。 1 4 主要硪究技术路线 公伯峡水电站洪水设计采用坝址下游2 5 k m 处的糖化水文站作为其 设计代表站，洪水系列采用1 9 4 6 1 9 9 5 年，并对1 9 8 0 1 9 8 5 年洪水进 行了还原，加入1 9 0 4 年历史洪水对贵德、循化、上三站设计洪水进行 复核，计算公伯峡坝城的天然设计洪水。 维台楚羊蘸承露瓣戆蓄东瑶获耧多年来，黄浮上游震承稼旗， 综合考虑下游工农业闱水用电的要求，充分发挥龙羊峡攀窳峡两库联 合调度，优化公伯峡坝址区的设计洪水和2 0 0 2 年施工洪水，并据此对公 伯峡电站施工导流及2 0 0 2 年渡汛方案进行优化设计。 2 公伯蛱水电旗撩况及研究所需基本资辫 2 公伯峡水电站概况及研究所需基本资料 2 1 黄河上游水电站梯级开发概况 黄河是我国第二大溺，发源予青海巴颜客拉由托麓，流经青、川、 营、宁、蒙、晋、陕、豫、整丸密嚣。黄海上游龙青段己建大中鍪电 戆畜? 壅，在建龟菇有霆痊，叛及麴分籀建窀楚熬主要参数鲡下： 2 1 1 已建水电站主要设计参数 a 龙羊峡 龙羊峡水电站是黄河龙羊峡青铜峡河段梯级的“龙头”电站，也 是目前国内综合利用任务最多、补偿区域最广的多年调节水库电站。 坝址以上控制流域面积1 3 1 4 2 0 k m 2 ，占黄河流域总面积的1 7 5 ，坝 址多年平均流量6 1 7 m 3 s ，工程以发电为主，并配合刘家峡水库担负下游 毒海、甘袁、宁夏、内蒙海段的豁洪、灌溉和防凌任务。 龙羊蛱承毒设诗歪鬻蜇承位2 6 0 0 m ，稳应痒窖2 4 7 亿1 1 1 3 ，、漩期隈鬟遴 水位2 5 9 4 m ，设计 共承位2 6 0 2 2 5 m ，校核洪永谴2 6 0 7 m ，撩应霹客2 7 4 1 9 亿i l l l ，死水位2 5 3 0 m ，调节瘁容1 9 3 4 亿m 3 ，库容系数0 9 4 ，具有优照 的多年调节性能。 龙羊峡电站装机容量1 2 8 万k w ，保证出力5 8 9 8 万k w ，年发电爨 j 9 4 2 亿k w h ，是西北电网调峰、调频和事故备用的主力电厂，自1 9 8 7 年9 月第一台机组投产发电至1 9 9 9 年底共发电4 7 9 7 5 亿k w h 。 b 李家峡 6 西安理工大学工程硕士学位论文 李家峡水电站位于青海省尖扎县和化隆县境内，上游距龙羊峡 电站1 0 8 6 k m ，与下游的刘家峡电站相距2 2 5 4 k m ，坝址以上控制流域面 积3 6 7 万k m 2 ，水库正常蓄水位2 1 8 0 m ，相应库容1 6 5 亿m 3 ，调节库容 0 5 8 亿m 3 ，极限死水位2 1 6 0 m ，具有日周调节能力，可承担系统的调峰 及备用容量。 电站设计总装机容量2 0 0 万k w ，一期装机容量1 6 0 万k w ，预留一台 4 0 万k w ，设计多年平均发电量5 9 0 亿k w h ，第一台水轮发电机组已于 1 9 9 7 年初发电。 c 刘家峡 刘家峡水电站位于甘肃省永靖县境内，距兰州市约l o o k w ，坝址 控制流域面积1 8 1 7 6 6 k w2 ，多年平均流量9 0 3 m 3 s 。 刘家峡水电站是以发电为主，兼顾防洪、防凌、水库设计正常蓄水 位l7 3 5 m ，相应原始库容j 7 亿m 1 ，设计死水位1 6 9 4 m ，相应死库容1 5 5 亿i l l 3 ，正常运行死水位1 6 9 6 m 。具有不完全年调节性能。竣工验收签定的 装容量为1 1 6 万k w ，经过增容改造和扩机，装机容量为1 3 9 万k w 。 d 盐锅峡 水库设计正常蓄水位1 6 1 9 m ，可进行日调节，电站装机八台，总 量为3 5 2 万k w ，目前，电站己完成了扩机及增容改造工作，总装机容量 4 4 6 万k w 。 e 八盘峡 电站设计正常蓄水位1 5 7 8 m ，是一座f 1 调节电站，设计装机容量 8 万k w ，竣工验收核定为1 6 万k w 。目前正在进行扩机一期工程，扩机一 台3 6 万k w 。 f 大峡 电站正常蓄水位1 4 8 0 m ，相应库容0 9 亿m 3 ，调节库容仅0 5 5 亿，具有日调节能力。设计装机容量3 0 万k w 。电站于1 9 9 6 年底投产发 电。 7 2 公伯峡水电站概况及研究所需基本资料 g 青铜峡 青铜峡水电站是一座以灌溉为主的综合利用水利枢纽，水利设 计f 常蓄水位1 1 5 6 m ，相应库容5 6 5 亿m 3 ，可进行日、周调节，目前可 调节库容约8 6 2 万m 3 ，只能进行日调节。电站设计装机容量2 7 2 万k w ， 目前，己扩机增加到3 0 2 万k w 。 2 i 2 在建及开展前期设计的水电站概况 a 公伯峡 公伯峡水电站位于青海省海东地区循化撒拉族自治县和化隆回 族自治县交界处，距上游李家峡水电站7 6 k m ，是黄河干流龙羊峡至 青铜峡河段规划的第四座大型水电站，距循化县城2 5 k m ，距西宁市公路 里程1 5 3 k m 。 电站以发电为主，兼顾灌溉及供水，坝址控制流域面积1 4 3 6 1 9 k m 2 ， 占黄河流域总面积的1 9 1 。 水库正常蓄水位2 0 0 5 m ，总库容6 ，2 亿m 3 ，其中调节库容0 7 5 亿 m 3 ，具有日调节性能，电站装机容量1 5 0 万k w ，多年平均发电量5 1 4 亿k w h 。 工程为一等大( 1 ) 型工程，永久挡水建筑物和泄水建筑物按5 0 0 年一遇洪水设计，1 0 0 0 0 年一遇洪水校核。工程枢纽主要由河床大坝、左 岸溢洪道、左岸泄洪洞放空洞和右岸引水发电系统、右岸深孔泄洪洞、 g i s 开关站等组成。 目前，工程已于2 0 0 1 年8 月8 日正式开工，电站建设已全面展开。 b 拉西瓦 拉西瓦水电站位于青海省贵德县和贵南县交界处，坝址在龙羊峡峡 谷口上游4 5 k m 处，是黄河干流规划中的第二个梯级电站，水库末端与 己建成的龙羊峡水电站的尾水位相衔接，下游有在建的李家峡水电站。 r 西安理工大学工程硕士学位论文 电站坝址距龙羊峡3 3 k m ，下游距青海省贵德县城约2 5 k m ，距西宁市 1 3 2 k m ，均有公路连接，交通方便。 目前工f 在进行重编初步设计工作，2 0 0 1 年1 0 月前期工程己开始建 设。 坝址控制流域面积k m 2 ，多年平均流量6 6 6 m 3 s ，年径流量2 1 0 亿 m 3 。流域内植被较好，湖泊沼泽较多，径流的年内分配较为均匀，洪峰 流量相对不大天然悬移质年输沙量为2 2 6 m t 。水库只淹没一个自然村， 淹没耕地1 6 6 h a ，迁移人口9 6 2 人。淹没及移民安置工作较为简单。 拉西瓦水电站工程的主要任务是发电，正常蓄水位2 4 5 2 m ，相应库 容1 0 亿m 3 ，水库长度3 3 k m ，最大利用水头2 2 0 m ，装机容量3 7 2 万k w ， 多年平均发电量1 0 2 3 3 已k w h 。本电站开发条件十分优越： 本电站的利用水头、保证出力、装机容量和年发电量均约占 黄河龙青段规划的2 5 座梯级电站总和的五分之一，是西北最大的一座水 电站，也是西电东送的理想电源点。 本电站水库虽只是具有日调节库容，但是，上游紧接多年调 节的龙羊峡水库。通过龙羊峡水库的调节，可以提高本电站的保证流量， 同时，还可承担大部分事故备用库容。另外，本电站水头变幅小，无出 力受阻问题，在系统中可以充分发挥调峰、调频和承担事故备用的作用。 地形地质条件优越枢纽布置合理，厂房布置在右岸地下，厂、 坝分开，互不干扰。左岸地下作为远景扩大装机的预留地下厂房位置。 工程任务单一，除发电以外，没有其它综合利用要求。 技术经济指标优越，淹没损失小，是国内经济指标最好的水电站。 c 尼那 尼那水电站位于青海省贵德县境内黄河干流上，距上游拉西瓦水电 站坝址8 6 k m ，距上游龙羊峡水电站4 1 k m 。坝址距西宁市公路里程1 2 4 k m ， 至下游贵德县公路里程约2 0 k m 。 电站主要任务是发电，并可改善下游灌溉条件，正常蓄水位 9 2公伯峡水电站概况及研究所需基本资料 2 2 3 5 5 m ，最大坝高4 5 2 m ，总库容2 6 2 0 万m 3 ，为f i 调节水库。电站装 机容量1 6 万k w ，最大发电水头1 8 1 m ，保证出力7 3 万k w ，多年平均发 电7 4 6 亿k w h ，年利用小时4 5 5 3 h 。 d 小峡 小峡水电站位于甘肃省皋兰县境内，距兰州市3 5 k i n ，下游与大 峡水电站相距2 9 k m ，上游距已建的八盘峡水电站8 7 k m ，为低水头目调节 中型电站，总装机容量2 3 万k w ，多年平均发电量9 5 6 亿k w h ，保证 出力9 3 万k w 。其主要任务为发电，并可以改善灌溉条件，发展旅游、 航运、养殖等其他事业。 2 2 公伯峡水电站概况 公伯峡水电站是黄河干流上游龙羊峡至青铜峡河段中，接龙羊 峡、拉西瓦、李家峡之后的第四个大型梯级电站。枢纽位于青海省循化 撒拉族自治县和化隆回族自治县交界处，距循化县城2 5 k m ，距西宁公路 里程1 5 3 k m ( 直线距离9 5 k m ) 。见图2 一l 。 坝址以上黄河流域面积1 4 3 6 1 9 k m 2 占黄河总流域面积1 9 1 。坝址 区多年平均气温8 5 。c ，多年平均流量7 1 7m 3 s 。年入库沙量7 4 4 1 0 8i n 3 ， 经上游龙羊峡水库调蓄后，入库洪峰流量为：五百年一遇5 4 4 0 m 3 s ，万 年一遇7 8 6 0 m 3 s 。年入库沙量7 4 4 1 0 4t 。 坝址位于公伯峡峡谷出口段，河道基本平直，河谷不对称，左岸在 1 9 3 2 1 9 4 0 m 高程有i i 级阶地，宽4 0 1 0 0 m ，右岸有4 0 0 余米宽的i 级阶 地，上部为第四系壤土及砂砾石层，基岩顶板高程为1 9 8 0 m 1 8 8 5 m ，低于 正常蓄水位。坝址区场地地震基本烈度为七度。坝址区岩性主要有片岩、 片麻岩、花岗岩及第三系砾砂岩等。 公伯峡上轨道站工程主要任务是发电，兼顾灌溉及供水。水库正 o 西安理工大学丁程硕十学位论文 常蓄水位2 0 0 5o m ，总库窖6 2 1 0 “m 。，调节库容0 7 5 1 0 8m 3 ，为日调 2 公伯峡水电站概况及研究所需基本资料 节水库。电站装机容量1 5 0 0 m w ，保证出力4 9 5 5 m w ，年发电量5 1 4 1 0 8 k w h ，可改善下游1 6 万亩土地灌溉条件。库区淹没耕地7 5 8 5 亩，迁 移人口5 3 4 0 人。 枢纽主要由河床大坝、右岸引水发电系统、左岸溢洪道、左岸泄洪 洞及右岸泄洪洞等部分组成。大坝为砼面板堆石坝，最大坝高1 3 9 m ，坝 顶长4 2 3 m 。电站进水1 ：3 为砼重力坝式，最大高度5 1 、4 4 m ，后接五条直径 8 o m 的外包砼明钢管，厂房位于坝下游右岸岸边，内装五台单机容量 3 0 0 m w 的水轮发电机组，开关站在i i 级阶地上，以四回3 3 0 k v 出线接入系 统( 另予留一回) 。泄水建筑物有左岸泄洪洞、右岸泄洪洞及二个表孔溢 洪道，最大泄量分别为1 8 7 1m 3 s 、1 1 9 0 m 3 s 和4 3 9 4 m 3 s 。 枢纽除导流洞、左岸泄洪洞及右岸泄洪洞外均为地面工程，主体工 程土石方开挖1 0 7 4 7 1 0 1m 3 ，土石方填筑4 7 l ，7 1 0 i n 3 ，混凝土1 1 8 ，0 1 0 4 m 3 ，钢筋钢材4 4 5 1 0 t 。工程总工期为：5 年半( 不包括筹建期) ， 2 0 0 4 年第一台机组发电。工程总投资为：6 2 5 亿元。 电站建设采用招投标的方式，整个工程共分为六个大标。 1 ) 第1 标( 导流洞含右岸泄洪洞标) ：主要承担导流洞及右岸泄洪 洞龙抬头的土石方开挖及砼浇筑及金属结构安装等工程施工。该标也可 分两步招标，即先招导流洞，再招龙抬头。 2 ) 第】i 标( 大坝标) ：主要承担大坝基础开挖及处理，上下游围堰 施工、大坝填筑、趾板及面板砼浇筑等工程施工。 3 ) 第1 i i 标( 左岸溢洪道标) ：主要承担左岸溢洪道进口、泄槽、下 游防护土石方明挖和砼浇筑及金属结构安装等施工。 4 ) 第标( 电站引渠进水口标) ：主要承担电站进水口以上部位的 土石方开挖和砼浇筑及金结安装施工。 5 ) 第v 标( 压力钢管及厂房标) ：主要承担电站压力钢管、厂房及 尾水渠等部位砼浇筑，金属结构埋件埋设及金属结构安装、机电设备预 埋件、钢管制作等工程施工。 2 西安理工大学工程硕士学位论文 6 ) 第标( 左岸泄洪洞标) ：主要承担左岸泄洪洞洞身开挖及进水 塔、洞身砼、下游防护砼，金属结构安装等工程施工。 2 3 公伯峡水电站施工洪水资料 2 3 1 公伯峡坝址设计洪水 公伯峡水电站洪水设计采用坝址下游2 5 k m 处循化水文站作为其 设计代表站。初步设计报告中，洪水系列采用1 9 4 6 1 9 9 0 年，本次又将 系列延长到1 9 9 5 年。并对1 9 8 0 1 9 9 5 年洪水进行了还原。加入1 9 0 4 年 历史洪水，对贵德、循化、上诠三站设计洪水进行复核。复核后成果与 原成果相比相差在3 以内，故维持原成果不变。结果见表2 1 。 表2 - 1贵德、循化、上诠三站设计洪水进行复核成果单位：q ：m 3 s w ：1 lm 3 q 。w 15w 4 5 各注 站 c s ( 2c s ，cc s c 别 均值 c v 均值 c v均值c v v vv m 2 4 7 00 _ 3 6 42 62 0 3 4 46 2 oo - 3 34 初设 贝 德 2 4 7 00 _ 3 642 6 2o 3 4 4 6 2 0 0 - 3 34 本次 循 2 5 2 0o 3 6 4 2 73o 3 446 5 10 3 34 初设 化 2 5 9 00 3 6 42 810 _ 3 446 7 o0 3 34 本次 上 3 2 7 003 443 5 1o 3 4 4 8 28 0 3 24 初设 诠 3 2 7 0o 3 4 43 5 10 3 448 280 3 24本次 丰枯形势以及下游综合用水要求。为了预测龙羊峡水库未来两年水 位情况，用1 9 1 9 、1 9 9 5 年径流系列，考虑龙羊峡、李家峡、刘家峡、盐 锅峡、八盘峡、大峡、青铜峡等七座梯级水电站，按目前西北电力公司 集团水量调度计划，对l g l 9 一1 9 9 5 年系列进行长系列梯级调节计算，其 2公伯峡水电站概况及研究所需基本姿料 不同来水条件下龙羊峡水库2 0 0 2 年汛前可能水位见表2 2 。 表2 2龙羊峡库水位预测结果 来水( p ) l2 05 08 09 5 2 0 0 1 年汛后最高蓄水位( m ) 2 6 0 02 5 9 12 5 7 7 22 5 6 4 82 5 5 6 6 2 0 0 2 年汛前水位( m ) 2 5 8 82 5 6 8 12 5 6 8 42 5 4 02 5 3 0 2 0 0 2 年汛前水位到2 5 9 4 的库容 ( 亿m 3 ) 2 1 5 62 8 0 38 3 9 79 3 8 71 1 5 _ 3 8 从表2 2 可以看出，即使出现1 9 8 1 年这样的实测最大来水，其频率 接近19 6 ，2 0 0 1 年，1 的来水年份2 0 0 1 年1 1 月底可蓄到2 6 0 0 m ：频率为 2 0 的丰水年可蓄到2 5 9 l m ：频率为5 0 的平水年只能蓄到2 5 7 7 2 m ：频率 为8 0 的枯水年仅能蓄水到2 5 6 3 m 。相应的2 0 0 2 年汛前库水位分别为： 1 的来水时2 5 8 8 m ，2 0 来水时2 5 8 6 1 m ，5 0 来水时2 5 6 8 4 m ，8 0 枯水时 2 5 4 0 m ，来8 0 的枯水时比目前水位还低。也就是说，即使出现1 9 8 1 年这 样的实测最大来水，明年汛前库水位只能达到2 5 8 8 m 。 2 3 2 李公区间洪水 公伯峡可研及初步设计阶段，均未考虑李家峡水库的调洪作用， 直接采用龙公区间洪水。李家峡水库投入运行后，其水库具有一定的调 洪能力，并且区间洪水为峰高量小的尖瘦型洪水，所以龙李区间洪水经 过河道及李库调蓄后，基本上可将洪峰调平，对公伯峡影响较小。因此 本次区间洪水只考虑李公区间洪水。 李公区间洪水采用公伯峡初设报告中龙公区间按面积比折算得 到。成果见表2 3 。这里应该说明的是，该次设计没有考虑龙李区间洪 水，但李家峡水库防洪库容有限，龙李区间洪水较大时，可能对公伯峡 有较大的影响，由于公伯峡施工期二十年一遇洪水渡汛只有2 0 0 2 年一年， 所以可以不考虑这种小概率事件。 4 西安理工大学工程硕士学位论文 表2 - 3李公区间洪水成果 单位：q ：o s ：w ：亿m 3 c “c 各种频率设计值p ( ) 项目 o mc v备注 v o 0 l0 0 50 1125 q e t1 3 40 6 838 9 07 3 97 1 04 6 44 0 03 1 6 初设 q m 2 3 207 631 7 9 01 4 8 01 3 4 08 9 67 6 25 8 8 初设 w 33 0 10 6 531 8 91 5 81 4 41 o o8 6 76 9 2 初设 w 1 51 1 1 05 2 3 55 5 9 4 7 3 4 3 6 3 1 32 7 4 2 2 5 原设计 2 3 3 洪水地区组成 在公伯峡初设阶段，为分析公伯峡洪水地区组成，统计了贵德、循 化水文站前1 0 场大洪水，进行了频率组合分析，结果有5 场洪水贵、循 同频，除1 9 8 5 年以外，其它4 场洪水区间均较大。特别是1 9 6 3 、1 9 6 4 年洪水，区间为超频洪水。因此在可研阶段贵、循同频，区间相应的洪 水地区组成的基础上，又考虑了1 9 6 4 、1 9 6 7 年洪水典型年地区组成。设 计洪水过程选用1 9 6 4 、1 9 6 7 年洪水过程作为典型过程，按照上述洪水地 区组成方式，采用公伯峡、龙羊峡及刘家峡电站各种频率最大1 5 天、最 大4 5 天设计洪量两级同频率控制放大，得到了龙、公、刘各种频率洪水 过程。 24 已有导流布置及施工围堰渡汛方案 2 4 1 导流渡汛方式 公伯峡水电站为一等大( 1 ) 型工程，相应的临时建筑物为级，相 应设计洪水标准为1 0 2 0 年一遇，当坝体筑高到不需围堰保护时，其临 时渡汛洪水标准为5 0 - - 1 0 0 年一遇。公伯峡施工洪水流量主要受限龙羊 峡水库的下泄流量，为加快公伯峡水电站建设，经龙刘两库联合调度运 2 公伯峡水电站概况及研究所需基本资料 行，控制龙羊峡水库的下泄流量，经过调洪计算后，公伯峡施工期洪水 如表2 4 。 表2 4 公伯峡施工期洪水表单位：m 3 s 洪水标准p ( ) 月份 1251 02 0 1 61 4 6 01 4 6 01 4 6 01 4 6 01 4 6 0 7 95 1 8 04 4 4 03 1 5 02 9 8 0 1 03 0 0 02 8 0 02 4 6 02 0 9 0 1 l 1 21 4 6 01 4 6 01 4 6 01 4 6 01 4 6 0 公伯峡水电站为面板堆石坝方案存在坝体挡水、导流隧洞泄流渡汛问 题。 面板堆石坝坝体( 临时断面) 在截流后第一年汛前就可填筑到不需围 堰保护高程，而面板砼施工，需在汛后进行。但不影响坝体临时断面挡水， 根据国外对面板坝的实际总结，认为“在坝体填筑中将过渡层做为半透水 层，汛期可以使堆石体在高水位情况下运行，作为施工渡汛”，结合国内类 似= 程的经验，上游围堰按2 0 年一遇枯水期标准设计，相应设计流量 1 4 6 0 m 3 s 。导流隧洞按2 0 年一遇洪水标准考虑，相应设计流量为3 1 5 0 m 3 s 。 截流后第一年汛前，坝体临时断面可填筑到1 9 6 6 5 m 高程，第二年汛 前则可上升到1 9 7 6 m 高程，但这时由于填筑高程低，挡水库容小，故确定 渡汛挡水标准按5 0 年一遇洪水考虑，相应流量为4 4 4 0m 3 s ，水位为 1 9 6 3 3 m 。第三年汛前坝体上升到2 0 0 5 n 高程，面板上升到1 9 6 6 m 高程，此 时，挡水库容较大，渡汛防洪标准按1 0 0 年一遇洪水考虑，相应流量为 5 1 8 0 m 3 s 。除导流洞过水外，左泄可参加泄流，溢洪道也已具有过水能力， 必要时可参加泄洪，汛后下闸封堵导流隧洞。 2 4 2 导流布置方案选择 公伯峡水电站为面板堆石坝，枢纽布置推荐方案为右岸引水发电系 统，左岸为溢洪道，备用方案为右岸溢洪道，左岸明渠引水，地下压力 6 西安理工大学工程硕士学位论文 管道接明厂房方案。因此根据公伯峡坝址的地形，地质、水文、枢纽布 置和隧洞施工等条件，导流隧洞分左岸和右岸布置方案，在左岸隧洞导 流布置方案中，又比较了单弯道和双弯道导流布置方案。 三个方案的导流隧洞尺寸( 宽高) 均为1 4 1 5 m 的城门洞型断面， 左岸单弯道方案闸门布置为中间闸门井式和进口进水塔式，其它两个方 案均为进口进水塔式，洞内为有压流，隧洞进，出口高程分别为1 9 0 l m 和1 9 8 5 m 。 a 左岸单弯道导流隧洞布置方案( 方案一) 左岸单弯道导流隧洞进口位于药水沟口，河道急拐弯处，出口位于 西峡口村下游，全线总长1 5 8 1 8 8 m ，隧洞长为1 1 5 7 2 m ，进口明渠6 9 m ， 出口明渠3 5 5 6 8 m ，隧洞纵坡为5 1 8 5 和5 2 3 9 。该方案的特点是： ( 1 ) 施工交通极为方便，公路已通至进、出口工作面，隧洞本身 施工准备期短，开工容易。 ( 2 ) 隧洞穿越地段围堰较新鲜完整，岩层走向与洞轴线夹角大( 出 口直线段部分为2 3 。，大部分为4 4 。8 8 。) ，岩层倾角大( 5 8 。以上) ， 虽然主要构造f 2 3 断层的产状对隧洞安全施工影响较大，但该段( 5 0 m ) 上覆岩层较薄( 3 0 m ) ，施工时如果成洞困难，可以采用明挖回填方案。 即明拱回填的方法，对整个导流洞施工不产生影响。所以隧洞的地质条 件相对较好。 ( 3 ) 施工支洞较长但较易布置。 ( 4 ) 隧洞进口水力学条件好，水流平顺，但洞身0 + 5 9 2 8 3 0 + 8 5 2 1 8 之间为一弯道，洞内流态有所恶化。 ( 5 ) 隧洞洞线较长，工程量相对较大。 ( 6 ) 和主体枢纽相互干扰较大，不利交叉施工作业。 b 左岸双弯道导流隧洞布置方案( 方案二) 左岸双弯道导流隧洞进口位于药水沟沟口下游约1 5 0 m 处，出口位于 西峡口村下游，全线总长1 4 8 3 m ，洞身长9 4 0 m ，进口明渠长1 6 8 m ，出口 7 2 公伯峡水电站概况及研究所需基本资料 明渠长3 9 5 m ，隧洞纵坡为6 3 8 3 ，该方案的特点是： ( 1 ) 施工交通方便，公路已通至进、出口工作面，施工准备期短， 开工容易。 ( 2 ) 地质条件与左岸单弯道的地址条件相近，但f 2 3 断层位于进 口明渠部位，基础处理工作量大。 ( 3 ) 施工支洞较长但易布置。 ( 4 ) 进口明渠与原河床水流方向近乎垂直，进口水力学条件较差， 且洞内有两个弯道，洞内流态较单弯道方案更恶化，超泄能力相对较差。 ( 5 ) 隧洞较短，工程量也较小。 ( 6 ) 和主体枢纽布置干扰较大，不易交叉施工作业。 c 右岸导流隧洞布置方案( 方案三) 右岸导流隧洞进口位于古什群下游，与左岸双弯道布置进口相对应， 出口位于占h 乎村下游，全线总长1 3 8 5 4 8 m ，洞身长7 2 5 4 8 m ，进口明 渠长4 8 0 m ，隧洞纵坡为6 4 5 。，该方案的特点是： ( 1 ) 施工交通不方便，为隧洞开工进出口需修1 o k m 的临时公路， 隧洞本身施工准备期长。 ( 2 ) 隧洞穿越地段围岩为强、弱风化区，岩体破碎，虽然岩层走 向与洞线夹角大( 7 0 。左右) ，岩层倾角大( 6 0 。左右) ，但洞顶良好岩 层太薄，所以隧洞地质条件较差，支护衬砌工程量大。 ( 3 ) 施工支洞长，工程量大，且布置较困难。 ( 4 ) 进口水力学条件相对较好，洞身有一弯道，洞内流态有所恶 化。 ( 5 ) 隧洞最短，工程量最小。 ( 6 ) 可以和永久深孔结合，节省工程投资。 ( 7 ) 和主体枢纽布置干扰较小，利于施工进度按期完成。 三个导流工程布置方案主要工程量、经济及主要特点比较见表2 5 ， 从表中可以看出，右岸导流隧洞与左岸两个导流隧洞方案相比，隧洞最 西安理工大学工程硕士学位论文 短，工程量最小，和主体枢纽布置的施工干扰最小，洞内流态也较好， 虽然洞内地质条件相对较差一些，在施工中采用一定的措旌是可以解决 的，在经济、施工、工期上比较还是由于左岸导流隧洞方案。所以本阶 段推荐右岸导流隧洞布置方案。 表2 - 5 比较方案施工特性表 案 左岸单弯道导流隧洞左岸双弯道导流隧洞右岸单弯道导流隧洞 璃小 布置( i 一2 方案)布置( i 一2 方案) 布置( 儿方案) 1 对外交通方便，公路 己通至进、出