南歐江流域梯級電站技術協同效應初探

羅明清,張國來

(中國電建集團海外投資有限公司，北京 100048)

1 概述

老撾南歐江流域是湄公河在老撾北部的最大支流，從合理利用水能資源、盡可能降低水庫淹沒損失及對環境影響等多方面考慮，并結合地形地質條件和樞紐工程布置，以“一庫七級”方式分兩期開發[1-2]，為中資企業首次在境外獲得以全流域整體規劃和BOT投資開發的水電項目。南歐江二期項目在總結復盤南歐江一期項目開發實踐基礎上，結合實際特點，持續改進技術方案，全流域優化資源配置，推動梯級電站整體效益提升。

2 項目簡介

南歐江梯級電站總裝機容量為1 272 MW，特許經營期為29 a(不包括建設期)。南歐江一期項目(二、五、六級電站)總裝機為540 MW,已于2017年1月進入正式商業運營期。南歐江二期項目(一、三、四、七級電站)總裝機為732 MW，已于2021年9月實現全部投產發電。最上游七級電站為年調節電站，五級和六級為季調節電站，其他電站為日調節電站。梯級電站分布如圖1所示，一期和二期項目分別如圖2和圖3所示。一級、二級、四級電站均為混凝土閘壩，均采用燈泡貫流式機組，其中四級電站最大水頭為28 m，突破了目前貫流式機組最高應用水頭；三級、五級電站大壩為混凝土重力壩；六級和七級電站軟巖含量較高，其中六級大壩軟巖填筑量達81%，壩高為85 m，壩型為復合土工膜全斷面軟巖堆石壩，七級電站壩高為143.5 m，為含軟巖混凝土面板堆石壩。

圖1 南歐江梯級電站示意

圖2 南歐江一期工程示意

圖3 南歐江二期工程示意

3 流域技術協同

3.1 規避瑕疵，吃塹長智

南歐江二期項目按照“問題導向，吃塹長智，規避瑕疵，提升管理”原則，梳理了一期項目設計、施工、設備問題清單，提前制定應對措施計劃，鼓勵并獎勵合理優化，加強資源配置、質量管控、履約考核，發揮全產業鏈協同和全流域開發優勢。如一期項目汛期及機組安裝期間，需要將進水口閘門和尾水閘門下閘擋水，由于開挖、圍堰清除和河流本身的泥沙含量等因素，導致閘門門槽、梁格泥沙淤積，無法正常起升，甚至需將水庫放空處理。二期項目開展了施工期防泥沙研究工作[3-4]，通過對閘結構、梁格布局、節間連接、啟閉過程中門葉梁格進排水能力等進行復核計算及優化，研發施工期閘門專用防泥沙裝置，在閘門梁格內填充材料，顯著降低閘門啟閉力，保證閘門擋水后正常提門，避免了因閘門淤塞被迫水下作業清除淤堵泥沙產生的大量費用，保證了項目工期和發電效益。

老撾當地暫無專業的質量檢測和質量監督機構，南歐江一期項目主要依靠施工單位相對簡易的自檢試驗室，第三方獨立質量檢測缺失，二期項目通過多措并舉，有效提升質量管理精細化水平。首先，在二期項目建立了工程試驗檢測中心，對原材料、半成品和現場實體質量進行試驗檢測，還可提供物探等專項檢測服務，保障了工程建設質量和工程驗收，同時依托試驗檢測中心，支撐工程材料技術攻關，推動研究成果應用，彌補了海外建設項目缺乏專業質檢和監督機構的空白。其次，在七級電站150 m級含軟巖面板堆石壩建設過程中，針對應力變形性態復雜，質量管控難度大，采用了大壩填筑自動稱量系統和二維碼質量管控，實現質量信息實時跟蹤和可追溯，建立了大壩碾壓質量和料源上壩運輸實時監控系統，綜合運用數據采集、傳感等技術，確保壩料料源實時、在線、全過程、可追溯，實現料源優化配置，提高了施工效率，保障了大壩施工質量。

3.2 成果推廣，提升效益

南歐江一期項目壩型各異，當地材料短缺，地質條件復雜，施工難度較大，為保證工程質量、進度、安全及效益，針對關鍵技術問題，因地制宜地開展了一系列的科技攻關，并將研究成果推廣應用至二期項目，技術經濟效益顯著。

為解決當地混凝土粉煤灰缺乏的問題，五級電站根據老撾氣候條件和當地材料實際，開展了單摻石灰石粉在水工混凝土中的研究應用，通過開展骨料堿活性抑制效果試驗、摻石粉混凝土性能試驗及溫控研究[5]，優化了混凝土配合比，提出了溫控抗裂措施，提出了石灰石粉生產控制指標和檢驗標準，實現了首次在同一工程碾壓和常態混凝土中全面單摻石粉替代粉煤灰。南歐江一期共使用石粉約2.15萬t，比使用昆明產的粉煤灰節約224.27萬美元，克服了粉煤灰缺乏的制約，同時降低了工程造價，保障了工程進度。研究成果在二期推廣應用，三級電站使用石粉替代粉煤灰約2.545萬t，四級電站使用石粉約1.7萬t，共節約投資約237.86萬美元。

五級電站針對度汛工程緊、圍堰工程量大、進場交通不便、料源開采受限等問題，開展了膠凝砂礫石料(CSGR)在縱向圍堰的應用研究[6]，提出了符合當地地形地質條件、技術合理、施工方便的膠凝砂礫石縱向圍堰斷面結構形式，創新性地設計了高度為45 m、綜合坡比為1:0.7的老撾南歐江五級水電站縱向圍堰；針對當地砂礫石料級配不均衡、砂率波動范圍廣等特點，提出適宜于當地條件縱向圍堰快速施工的膠凝砂礫石配合比，形成不均衡料源區膠凝砂礫石簡易快速配制方法；采用大模板施工、無間歇集中拌和、分層連續碾壓、防滲抗沖區加漿振搗等措施，提出施工質量控制指標，優化施工工藝，形成一整套膠凝砂礫石縱向圍堰施工工法，五級電站共節約投資約5 602萬元。膠凝砂礫石料筑壩技術推廣至二期項目，一級和四級電站分別使用 5.58萬m3和4.83萬m3膠凝砂礫石料，節省投資約 357.97萬美元，確保了安全度汛的時間節點要求。

3.3 統籌協調，提質增效

梯級電站通過統籌考慮，總體布局，優化資源配置，避免了重復建設和設備購置，同時通過時間維度一二期項目和空間維度上下游項目之間的技術協調，降低工程技術難度，提高全流域的安全保障。

梯級電站上游調蓄作用使得下游電站規模和壩高得以降低，同時可降低導截流工程難度，提高整體安全保障。三級電站三期龍口寬度接近25 m時，龍口水流達到最大值7.17 m/s，龍口上下游最大落差達到10.75 m[7]，對拋填強度和速度要求都很高，而右岸岸坡陡峭，施工設備布置受到極大限制。四級電站三期截流施工導流設計水位壅高達12 m，龍口合龍同樣挑戰較大。鑒于上游五級水電站已經投入運行，為充分利用梯級電站統籌調蓄功能，截流前一段時間提前控制五級下泄生態流量為33 m3/s，同時充分利用四級電站截流時將減小下泄流量的有利條件，通過三級電站截流與四級截流“梯級接力”的方式，基于水情自動測報系統和上下游聯動機制，精心組織截流資源投入，大幅降低截流難度，先后完成了四級和三級電站三期截流，有力保障了后續下閘蓄水及首機發電等關鍵節點目標的實現。

4 全流域水情測報及優化調度

梯級電站水文站網密度不夠，水文資料匱乏，只在干流下游設有孟威水文站及鄰近流域4個雨量站。流域具有典型山區性特征，洪水陡漲陡落，高洪期河流湍急，且項目戰線長，交通不便。為及時、準確、全面獲悉來水情況，支撐全流域聯合防洪保供，建成了南歐江全流域水情自動測報系統[8-9]。梯級電站作為老撾骨干電廠既擔負著北部電網調頻調峰，又承擔著流域防洪、排沙、航運、生態環保等綜合利用任務，為此開展了水電站群多目標智能化調度研究。在一期項目已構建的水文非線性時變增益模型和新安江模型基礎上，建立了包括EasyDHM、VIC等分布式水文模型及目前比較成熟的集總式水文預報模型的水文預報模型庫，開展水文氣象耦合預報，并基于歷史來水數據進行驗證，解決了中長期水文氣象預報精度不夠的問題；建立了梯級水庫群聯合調度算法和調度模型，開發和集成多目標智能調度的大數據平臺，指導流域梯級電站優化運行；建立南歐江流域集控中心見圖4，“以節能增效為目的、以梯級聯合優化運行為核心、以遠程集中控制為手段”，達到進一步降低梯級電站發電成本、提高流域整體規模效益。通過建成老撾第一個流域水情自動測報系統、試驗檢測中心、流域電力運維集控中心，梯級電站聯合會商、信息共享、協調聯動，根據來水情況和用電需求實時滾動更新梯級電站聯合調度方案，實現電站少人值守、流域高度數字信息化調度運行，實現在安全、穩定、經濟運行基礎上綜合效益最大化，填補了老撾水電領域多項空白。

圖4 南歐江運維中心示意

5 聯合防洪度汛及潰壩風險應對

項目高度重視安全風險防范，老撾阿速坡潰壩事件發生后，組織專業機構開展了全流域電站潰壩風險分析，制定聯合應急行動計劃[10]，并按照老撾政府要求及時上報；七級電站龍頭水庫一旦潰堰，具有時間短、峰值大、洪量集中的特點，可能對下游和周邊產生不利影響，開展了施工期潰堰影響分析，提出了下游應急調度方案；按照“電調服從水調，水調服務建設，大壩安全是底線”的調度原則，整體部署全流域防洪度汛，明確一期和二期項目聯合檢查、聯動演練等聯動事項作為管理重點，在保證上游水庫安全度汛前提下，最大限度利用上游水庫調蓄能力，削減下游河道洪峰，做好道路中斷時如何發揮一體化優勢利用水路進行支援的預案，做好二期各水庫蓄水后聯合排漂工作預案，做好下游尾水抬高防水淹廠房等預案，提高項目安全保障，加強與當地政府和村鎮的溝通聯動，做好輿情引導，共同降低防洪度汛和潰壩風險。

6 大壩安全監測

為及時準確掌握大壩安全性態，指導長期安全穩定運行，梯級電站結合建設期和長期監測的需求，建立了系統的大壩監測體系[11-12]。試點安裝了大壩安全數據無線智能采集系統，研究基于BIM、VR/AR的大壩安全多源信息融合與可視化呈現技術、基于多源安全信息的大壩安全評估技術，利用大數據技術和遠程在建監測系統，提供數字化智能解決方案，實現基于實測數據的大壩安全預警。專門聘請大壩安全監測專家，定期研究大壩安全監測月報，適時開展現場檢查，基于大壩運行規律，提出大壩安全改進建議。針對六級電站復合土工膜全斷面軟巖壩，首次建立了系統的土工膜監測體系，采用單波束探測、影像聲吶、水下無人潛航器等技術，對水下壩體尤其是土工膜的安全狀況及時監測，排查安全隱患。針對七級電站150 m級軟巖填筑高面板堆石壩，采用電平器+柔性測斜儀組合監測混凝土面板撓度，為大壩蓄水及運行質量性態評判提供更為可靠的依據。

7 電力生產運營

南歐江一期項目投產發電后，針對運維人才梯隊構成多元、專業技能參差不齊、規范標準不統一、工作接口銜接不暢等問題，對標國內外先進發電企業，形成了“兩位一體”(業主和運營方)組織管控模式，建立了一套融合屬地化和公司管控模式特點的電力生產企業標準體系，以標準化建設優化流程、簡化操作、統一考核，據此提出了南歐江二期建管有序銜接，電力生產準備及運維工作提前科學籌劃。對現場安裝監管和設備調試進行跟蹤，實行設備物資、備品備件和倉儲標準化管理，建立運行維護技術臺賬，提出缺陷與合理化建議清單，挑選八大專業技術帶頭人把關關鍵環節，加強培訓提升運維操作技能，同時根據投資項目特點，成立專項工作組研判購電協議和特許經營協議相關要求，加強對接老撾調度中心協調并網。目前南歐江梯級電站已全面運營，將通過區域一體化建設，形成資源調配統一指揮、生產經營統一管理、業務流程統一標準的集約化管控模式，實現精益運營和提質增效。

8 結語

南歐江梯級水電站是中資企業首個境外全流域梯級電站，是中國電建首個推行全產業鏈一體化管理的海外項目，創新性地提出了“一庫七級”兩期開發方案，復盤總結一期項目技術經驗教訓，組織技術攻關和產學研合作，推廣科技成果應用轉化，前瞻性地指導二期設計優化，規避瑕疵，節省投資，縮短工期，提高安全保障。同時從全流域角度統籌規劃，優化資源配置，確保整體投資效益最大化，推動南歐江梯級項目成功實施，成為中老電力能源合作新典范，推動實現在老撾市場的可持續發展[13]，助力老撾成為“東南亞蓄電池”。通過投資、設計、采購、施工、運行各個環節的閉環反饋和持續改進，打造海外投資項目全產業鏈技術和管理方案，為其他類似項目提供借鑒。