中低水頭航運樞紐布置

李雪鳳

【摘要】根據岷江航電犍為樞紐的布置經驗，作為中低水頭航運的樞紐布置，需要特別關注的控制性因素為：樞紐所在河床需要適宜的寬度；樞紐泄水建筑物的布置及調度應盡可能減少水庫淹沒處理費用；樞紐布置需優先滿足通航水流條件的要求；樞紐布置需結合施工期通航條件的要求，優化施工分期條件和施工工期。

【關鍵詞】樞紐布置；岷江航電犍為樞紐；河床寬度；施工期通航

航電壩址選擇和樞紐布置一般都要根據地形地質條件，水力學條件，移民安置，建筑材料、施工條件，施工工期，環境影響，工程投資，工程效益和運行條件等進行技術經濟綜合比較確定。對于中低水頭航電樞紐，一般具有如下特點：洪峰流量大、水庫淹沒敏感、施工期通航要求高。針對這個幾個突出特點并結合犍為航電樞紐設計的經驗，在航電樞紐布置時應重點考慮以下幾個方面：

1、樞紐布置需優先滿足通航水流條件的要求

根據《渠化工程樞紐總體設計規范》的要求，要考慮上下渠化梯級間的通航水位銜接條件，一般優先采用設計最低通航水位銜接的方式，必要時應留有一定的備淤深度。

犍為樞紐下游梯級為龍溪口梯級，其正常蓄水位317m，死水位316m。水位銜接點約在犍為大橋上游300m處。樞紐布置在犍為大橋上游1.45m滿足規范的水位銜接條件要求。

規劃的犍為樞紐布置河段位于兩座大橋之間，兩座橋相距約3.2km。若樞紐布置在犍為大橋下游，水位重疊，但將淹沒犍為縣城，淹沒人口太大；若布置在上游岷東高速橋上游，水位不銜接段達3km，同時發電水頭少了3m，對于一個僅渠化18km，水頭18m的樞紐而言，各種技術經濟指標相對較差。故樞紐還是維持在兩座大橋之間。

樞紐比較考慮了左案船閘和右岸船閘方案比較。由于兩座通航孔分設兩岸，上游布置在左岸，下游在右岸。船舶通航必須橫穿庫區（右岸船閘方案）或橫穿尾水（左岸船閘方案）。庫區水深大，流速小，橫穿庫區的水流條件較橫穿尾水的水流條件好。故選擇了右岸船閘方案。

2、河床需要有適宜的寬度

一般來說，壩址宜選在河谷狹窄地段，壩軸線較短，可以減少壩體工程量。但對一個航運樞紐來說，一般需要布置泄洪、通航、發電、過魚建筑物，甚至還有取水建筑物等。船閘、廠房、魚道占據了河床空間又不宜用于泄洪，為保證有足夠的泄洪寬度，選擇壩址時宜考慮適宜寬度的河段。如果過于狹窄，很可能導致無法合理布置所有功能建筑物，反而需要更大的開挖及相關工程量；如果過于寬闊，壩軸線過長，擋水建筑物的工程量將過大，故需要有適宜的寬度。

為減少淹沒，如達到壩前尖滅（即壅高0.3m），一般來說泄洪閘的寬度宜約原河床的70%～80%。

如果正常蓄水位抬高較多，不需要壩前尖滅，結合水庫淹沒綜合比較，可以適當減少所需的河床寬度。

如犍為航電樞紐，河床內非泄洪壩段長約270m（船閘82m，廠房主機間約188m），如需要壩前尖滅，河床寬度需約900m～1350m。根據現場的地形情況，壩址最終選擇在有江心灘的位置，右岸河槽布置船閘，左岸河槽布置廠房，把江心灘挖布置做泄水閘以滿足溢流壩的布置要求。這樣有效減少了岸坡的開挖，同時調順水流。

3、樞紐泄水建筑物的布置及調度應盡可能減少水庫淹沒處理費用

水庫淹沒處理范圍包括水庫淹沒區及因水庫蓄水而引起的浸沒、坍岸、滑坡和其它受水庫蓄水影響的地區。根據《水電工程水庫淹沒處理規劃設計規范》要求，水庫洪水回水淹沒范圍的確定應以壩址以上同一頻率的分期洪水回水位組成外包線的沿程回水高程為依據。若因汛期降低水庫水位運行，壩前段回水位低于正常蓄水位，應采用正常蓄水位高程。水庫回水末端的設計終點位置在回水曲線不高于同頻率天然水面線0.3m范圍內是采取垂直斬斷還是水平延伸，應結合當地地形、壅水歷時和淹沒對象的重要性等具體情況綜合分析確定。

對于兩岸居民點多，水庫淹沒導致的移民征地賠償費用大，故一般需要加大泄流能力，及采用降低水位運行的方式，將賠償回水淹沒線控制在正常蓄水位淹沒線以下，最大限度減少征地移民費用。

犍為樞紐水庫Ⅰ級階地普遍，相對保存較完好，階面開闊平坦，順江呈長條狀展布，局部江心洲，一般順河長0.5km～3km、寬0.3km～1.5km，最長的為五通橋，長達11km，階面高出河水面5m～10m；Ⅱ級階地較少見，階面高出河水面20m～50m；Ⅲ級及以上的階地僅局部殘存。階地上居民和農作物多，水庫淹沒投資大。經估算，正常蓄水位淹沒線下的征地移民安置補償靜態費用水庫淹沒影響區達12.66億元。如果回水線抬高，在石馬壩之后尖滅，投資將增加很大。根據泄流能力的計算，31孔泄水閘可以達到壩前尖滅，壩前敞泄水位332.01m（QP=5%=36100m3/s），遠低于正常蓄水位335m控制線，故核算28孔，29孔的泄流能力，發現28孔的泄流能力就可以滿足淹沒回水控制線不高于正常蓄水位淹沒控制線的要求。為了減少泄水閘的投資，同時滿足淹沒控制的要求，最終選定28孔閘方案。

4、樞紐布置需結合施工期通航條件的要求，優化施工分期條件和施工工期

在通航河流上建設樞紐，一般都要考慮施工期通航，一般要求施工期不斷航，或很短時間的臨時停航。

在犍為樞紐布置比較時，也充分考慮施工期了通航的要求。對右岸船閘方案，施工期臨時航道布置在左岸。

右船閘方案中，右船閘左廠房施工布置簡單合理，易于施工，總工期及發電工期合理。發電工期54個月，總工期66個月。而右船閘右廠房方案施工布置相對復雜，施工難度較大，臨時航道開挖工期較長且不能與船閘、廠房施工重疊，總工期及發電工期較長。發電工期57個月，總工期78個月。施工期電能38.4億kW.h，而右廠房的方案僅24.4億kW.h。故最終推薦采用右船閘左廠房布置方案。

從犍為航電樞紐布置的經驗看：首先在水位銜接區段作為壩址，在壩址區域選擇有合適寬度的河床位置作為壩線，然后布置足夠的泄洪閘，并充分考慮施工期通航因素，最終選定樞紐布置方案。由此經驗得出以下結論：對于低水頭大流量的航電樞紐，在選擇壩址和樞紐布置時，需要特別關注河床寬度、泄流能力、通航水流條件、施工期通航和施工期工期分析等因素，選擇經濟合理通航條件好的樞紐布置方案。

參考文獻：

[1]渠化工程樞紐總體設計規范（JTS182-1-2009） 中交水運規劃設計院

[2]水利水電工程建設征地移民安置規劃設計規范（SL290-2009） 中華人民共和國水利部