土谷塘航電樞紐工程施工期通航設計

胡 毅 張曉君

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 工程概況

土谷塘航電樞紐工程壩址位于湘江干流中游的衡南縣云集鎮附近，是湘水干流梯級開發的第六級，其上銜近尾洲水電站，下接大源渡航電樞紐。壩址控制流域面積37298km2，正常蓄水位58.0m，總庫容1.97億m3，船閘為1000t級，電站裝機容量為90MW，工程以航運為主，兼顧發電、灌溉、交通、旅游、養殖及城鎮開發等綜合效益，屬Ⅱ等工程，主要建筑物為3級建筑物。

樞紐工程推薦左岸廠房、右岸船閘、主河床布置泄水閘的布置方案。1000t級船閘布置于河床右岸，閘室有效尺寸為180m×23m×4.0m（長×寬×門檻水深），上閘首門檻高程51.7m；河床式電站廠房布置于左岸，總裝機容量90MW，安裝4臺22.5MW的燈泡貫流式機組；泄水閘共17孔，孔口凈寬20m，設計為折線型實用堰，堰頂高程47.0m；閘壩頂高程70.5m，最大壩高30m。

2 施工期通航要求

湘江為我國內河航運主通道之一，本工程壩址所處的衡陽～松柏段為Ⅴ級航道。壩址最小通航流量150m3/s，經過歷年整治，在保證率95%時，區間各灘已基本達到最小航道尺度，可常年通航300t級分節駁。

根據航運部門及可研報告交通部審查意見，為了滿足壩址上、下游物資運輸需要，保證當地有關航運企業正常生產，本樞紐工程施工期不允許長時間斷航。

3 導流方案選擇

本工程的主要開發任務以航運為主、航電結合，施工導流方案選擇的總原則是控制施工期庫區水位壅高、保證施工期通航，兼顧考慮廠房盡早發電。本工程采用分期導流方式，分三期導流：

一期圍右岸船閘與部分泄水閘，二期單獨圍左岸廠房，船閘具備通航條件后三期截流，三期圍剩余的泄水閘。導流程序為：

第1年10月下河圍右岸船閘及部分泄水閘，一期采用全年圍堰，導流標準選用全年10年一遇，一期圍堰修筑前先修筑前期低水圍堰，在低水圍堰保護下修筑一、三期共用縱向混凝土圍堰和一期全年橫向圍堰，第2年汛前拆除前期低水圍堰，由左側束窄河床過流和通航。

第2年汛后單獨圍電站廠房，采用全年圍堰，導流標準選用全年10年一遇，第二個枯水期由中部束窄河床過流及通航，第2年年底拆除一期全年圍堰，一期全年圍堰拆除前修筑船閘枯期小圍堰確保船閘閘室干地施工，汛期由一期已建閘孔與束窄河床聯合過流，束窄河床通航。

第3年船閘具備通航條件后進行三期截流，三期圍剩余左側的泄水閘，三期采用過水圍堰，枯期由一期已建泄水閘過流，汛期由已建閘孔與過水圍堰聯合泄流，已建船閘通航。

本方案船閘通航工期27個月，第1臺機組發電工期40個月，施工總工期51個月。

4 施工期通航

4.1 一期工程施工期通航

按照選定的施工導流方案，一期利用左側束窄河床通航。經對湘江河道現有的通航情況進行調查，并參照國內部分通航河流的實踐經驗，擬定束窄河床通航參數為：

（1）河道水深大于2.0m；

（2）上下游落差小于0.5m；

（3）流速小于2.0m/s時，自航；

（4）流速（2.0～2.5）m/s，須由拖輪助航。

壩址處天然最小通航流量150m3/s，當壩址流量為150m3/s時，前期低水圍堰束窄河床段及上下游過渡段臨時航道底高程在47.0m以下，而壩址處水位約50.0m，臨時航道水深滿足通航要求。

隨著流量的增大，水流受上游橫向圍堰的阻流作用開始收縮，右側水流開始斜向偏左，航道內流速逐漸增大，經水力學計算與導流模型試驗驗證，前期低水圍堰擋水期間（第1年10月至第2年3月）當流量小于1500m3/s時，臨時航道內斷面平均流速小于2.0m/s，船只可自航。

第2年4～9月一期全年圍堰擋水期間，由于湘江在4月初進入汛期，流量相應增大，來流受上游橫向圍堰阻流影響及縱向混凝土圍堰側向收縮影響產生回流，回流范圍及強度隨流量的增加而增大，束窄河床內主流區位于束窄河床中部偏右側，臨時航道內流速及回流范圍對通航影響較大。

經水力學計算與導流模型試驗驗證，一期全年圍堰運行期間，當流量小于2500m3/s時，臨時航道內平均流速小于2.0m/s，船只可自航；當2500m3/s

經統計一期工程施工期間通航保證率為90%。

4.2 二期工程施工期通航

按照導流程序安排，二期廠房圍堰修筑完成時一期全年橫向圍堰相應完成拆除工作，二期廠房圍堰運行期間一期全年圍堰拆除，由一期已建7孔泄水閘與中部束窄河床聯合過流，中部束窄河床通航。

廠房圍堰施工期為第2年10～12月，此時一期全年圍堰尚未拆除，廠房圍堰合攏后河床將由中部束窄河床過流與通航，過流斷面寬130m，水流受一期全年上游橫向圍堰與二期廠房上游橫向圍堰的阻流作用開始向束窄河床中部收縮，經水力學計算與導流模型試驗驗證，廠房圍堰施工期間當流量小于1200m3/s時，臨時航道內斷面平均流速小于2.0m/s，船只可自航。由水文資料可知10～12月壩址處月平均流量均小于1000m3/s，因此廠房圍堰施工期間即使一期全年橫向圍堰尚未拆除，中部束窄河床通航影響不大。

第3年1～12月期間，廠房工程在二期廠房圍堰保護下干地施工，由一期已建7孔泄水閘與中部束窄河床聯合泄流，束窄河床通航。經水力學計算與導流模型試驗驗證，廠房圍堰運行期間當流量小于2500m3/s時，臨時航道內斷面平均流速小于2.0m/s，船舶可自航，當2500m3/s

4.3 三期工程施工期通航

按照導流程序安排，船閘第4年1月具備通航條件后進行三期截流，三期截流閉氣期間約需斷航1個月。三期工程施工期間由永久船閘通航，船閘上閘首底坎高程50.5m，上游最低通航水位54.5m，下游最低通航水位47.9 m，按照施工進度安排，三期圍堰閉氣后即開始蓄水，蓄水至正常蓄水位58.0m，三期工程施工期間壩址處水位可滿足船閘通航要求，不影響通航。

5 結語

近年來，隨著國家各流域水運的發展，航電樞紐工程開發較快，而航電樞紐工程施工期如何解決通航問題，盡量減小工程施工對流域航運的影響是社會各界都很關心的問題，湘江、岷江、漢江等流域將建設多個航電樞紐工程，而這些流域均對施工期通航要求較高，因此選擇合適的導流方案，妥善解決施工期通航問題往往是施工組織設計的難點和重點。

土谷塘航電樞紐工程采用三期導流方案，經水工模型驗證，各期通航保證率均在90%以上，妥善解決了施工期通航問題，并最大程度減少對當地航運的影響。本工程所選導流方案和施工期通航方案可在類似航電樞紐工程中推廣應用。