建設圣安東尼奧水電站面臨的挑戰

[] A.P.B.

1 工程概述

圣安東尼奧(Santo Antonio)水電站位于巴西亞馬德拉(Madeira)河上，該水電站水力發電機組是燈泡式機組，裝機容量將超過2 000 MW。

這種低水頭水電站被認為對環境的影響可能是最小的。該項目是里約馬德拉河大型水利樞紐的一部分，目前正在建設中。

在亞馬遜流域建設水電工程，意味著每一步都將面臨著挑戰，例如，確保是否完全符合環境保護措施。已經克服了許多的困難，在項目完成之前可能還會出現更多的挑戰。開工之前所遇到的第一個挑戰，就是為當地的工人提供必要的培訓，這些培訓已經順利地完成，有多達20 000個工人接受了各種技能培訓。

現場施工于2008年9月開始。目前，河床式廠房正在建設中，馬德拉河的水流從兩側泄洪道下泄。

一些特別嚴重的困難，甚至有些困難在此之前從未遇到過，在該項目建設過程中全都遇到了。不過，均得到了妥善解決。

(1) 首先是導流，將大約20 000 m3/s的平均洪水流量改道而行，隨即在河床建筑物建成之前，讓水庫開始蓄水。

(2) 設計一種過魚(有些魚類重達幾千克)建筑物，以克服電站給它們的生存環境帶來的非自然障礙。

(3)由于天然洪水的作用，在貝尼(Beni)河高水位期間，每天有多達3 000根且長度超過2 m的木材從玻利維亞順流而下，在不破壞馬德拉河有機質的平衡條件下，創建一個可控制的過木裝置。

將魚道結構設計為一種具有斜坡的天然河道形式，該結構已經做了足尺模型試驗。先前布置在河道中的魚道結構，幾乎完全由開挖右岸的巖石建成，魚道下游有2個入口，上游有1個出口，且都配備了人字門。兩個入口形成的主河道寬為10 m，長約900 m。

在巴西里約熱內盧弗納斯(Furnas)的實驗室中，用一個1∶80的模型對導流建筑物和水庫蓄水狀況開展了模擬研究。

對浮木的管理進行了長達2a時間的觀察，并計算木材的數量，也用同比例的模型進行了試驗。所采用的理念是利用河流的幾何形狀和使用一種使表層洪水改道的浮式結構，浮木由此進到水庫內的人工渠道內，然后，木材被引入一種混凝土結構-“木材泄洪道”，通過它木材可以被安全地排放到電站下游。

2 方案研究

圣安東尼奧水電站位于馬德拉河上，距巴西朗多尼亞州的首府波多韋柳上游6 km。

當低水頭電站建成后，裝機容量為3 150 MW，由44臺燈泡式機組組成。

2008年9月該項目開始施工，計劃在2011年11月將圍堰拆除，同時左岸溢洪道進行泄洪。也就是在圍堰完工后，洪水經左岸主泄洪道下泄，水庫立刻開始蓄水。

2012年3月，廠房1的第一臺機組試運行通過后，該水電站便開始投產發電。這樣對項目的資金流有明顯的積極作用。

目前，正在開挖河床建設4號廠房，而1號廠房有一半的機組已經投入運行，裝機容量近300 MW，為阿克里(Acre)州和朗多尼亞州供電。該電站還未并入巴西主電網。

3 導 流

馬德拉河在壩址處寬約 1.2 km，在某些地方深達60 m，平均流量為18 000 m3/s。

如此龐大的導流工程帶來一種空前的挑戰，這需要開展大量的規劃和研究工作，當然也需要有勇氣和運氣。

施工順序是按照主河槽不斷流的情況下，允許在兩岸連續施工的設想確定的。要做到這一點，需要在普西迪島(Presidio)和右岸之間的河道修建兩道圍堰，而在另一邊，即沿左岸修建U型圍堰。

對每一階段的導流工程，都在弗納斯水力實驗室代表8.7 km的河段的一個1∶80的水電站模型中進行了模型試驗。

大約1a前，大江截流真正開始時，在進行導流的第一階段，將左岸與相鄰的島嶼連接，之后與上游主要圍堰結合成一個整體，封堵普西迪島與卡喬羅島(Cachorro Island)之間的河道。不久后，這也將成為下游圍堰的一個組成部分。

對于截流的最后階段，考慮洪水流量為8 000～25 000 m3/s，因此，借助于模型對許多工況進行了評估；并且在每種工況下，都確定了用于上游預設圍堰的堆石尺寸，以及拋填方法和完成任務所需放存于兩岸的材料用量。

當下一道工序往前推進時，上游預設圍堰過渡料被傾倒在每個已經完成延伸的堆石體上。防滲材料的施工過程與其類似。

2011年的枯水季節來得早，到6月末，導流施工經歷的洪水流量為12 000 m3/s。7月5日，開放主溢洪道，7月19日，洪水流量約為8 000 m3/s時，大江截流完成。

在截流工程完成之后，在上游預設圍堰與下游一排堆石體之間修建了壓實防滲心墻，并將這兩個結構結合在一起，其頂部高程達73 m(按千年一遇洪水設計)。在修建上游主圍堰(LR3)的同時，將下游圍堰的高程提高到了60 m，并且對其填筑了過渡料和防滲料。

隨著救魚工作的開展，排水工作開始于2011年8月，完成于2012年1月。

4 魚道設施

魚道設施設置在普西迪島，設計時，考慮到了黃體短平口鯰(Dourada)的(魯氏短平口鯰)習性以及其他大約30種魚類的洄游特征。

該系統被設計成可以全年運行。

普西迪島過魚設施有2個入口，一個是為了將魚引入河床廠房，另一個則是將魚引入右岸廠房。為了使魚能夠很容易地找到入口，因而盡可能地將入口設置在緊靠廠房的尾水渠上。

入口的開口幾乎從水體表層一直伸展到底部，這樣使其入口能夠適合于更多生物種類，即從生活在靠近底部的物種到生活在水體表層的物種。

在入口和系統的渠道中都提供了注水設備，用來吸引魚類，同時還可以阻礙那些具有較低游動性能的非遷徙物種。

根據在實驗渠道上的試驗結果，設計的魚道系統在入口的水流速度約為2 m/s，渠道內部的速度大于0.3 m/s。

所設計的系統總長度為1 200 m，由4個不同部分組成。

(1) 2個入口渠道，起始于右岸尾水渠,渠道入口寬為4 m，長為32 m；連接河床廠房尾水渠的渠道入口寬為6 m，長為39 m；

(2) 主渠道長約 1.1 km，寬為10 m；

(3) 通向水庫的出口渠道長為55 m，寬為5 m。

利用石籠在矩形截面的渠道中形成靜止的池室和隔板，這種設計有益于維護和調整湍流。在魚道的入口和出口處，都安裝了能垂直啟閉的人字形閘門。

5 浮木管理系統

正是因為在雨季該河流上有大量的浮動木材，所以人們才將該河流命名為馬德拉河，在葡萄牙語中是“木材”的意思。

基于木材漂浮于河流的表面，且最大深度約為4 m這一實際情況，而提出了開發木材管理系統的方案設想。因此，設計了一種特殊的木材堰以將表面的浮木轉移到人工渠道內，該渠道在庫區由堤壩圍成，可以將漂浮材輸送到水電站附近，由設置在此處的木材堰將這些漂浮木材輸送到混凝土結構的“木材泄洪道”內，這些浮木由此流向下游。