国外小水电设计要点——以印尼Bone水电站为例

翟晓斌，游志纯，王桂林

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014)

近些年来，由于我国国内的水电开发几近饱和，水电市场转向国外发展，如东南亚、非洲等地，而因为对所在国的设计习惯、设计理念和审查制度缺乏了解，导致设计中出现许多问题，影响了设计进度和设计质量，所以在承接设计任务前，有必要理清所在国的外部条件，掌握较为切实可靠的设计资料并加以消化吸收并认真分析，以较好的完成设计工作。

1 工程概况

印尼Bone水电站位于印度尼西亚哥伦打洛省(Gorontalo)Bone Bolango县Bone河上，工程开发任务为发电，以缓解该地区的电力供需矛盾。初拟坝址位于Suwawa Timur镇Poduwoma村上游1.0 km处，距离哥伦打洛市大约28 km左右。印尼通常采用国际大坝委员会标准、美标或日标进行大坝工程设计，根据合同要求，该工程按中国标准设计完成概念设计，并需满足当地审查要求。

本工程原有印尼当地公司作的可研报告，概念设计阶段对其进行了复核，确定坝址多年平均径流量为46.9 m3/s(测流复核值)，200年一遇校核[1]洪峰流量为1 172 m3/s，OBE设计动参数为0.25g。枢纽主要由拦河坝、左岸坝式进水口及河床式厂房、输出线路等组成，采用河床式开发，最大坝高26.5 m，坝轴线长177.1 m，正常蓄水位95.0 m，总库容177.58万m3，为Ⅳ等小(1)型工程[2]，泄水建筑物采用2孔6.6 m×8.5 m(宽×高)泄洪兼拉沙闸，机组引用流量83.6 m3/s，河床式厂房装机2台，总装机容量9.9 MW。

2 设计要点

国外水电设计中，受制于所在国的社会政治、经济条件，合理外围参数的确定较为困难，但因其对设计成果影响较大，需要慎重对待。概念设计阶段，结合现场水文、地质地形条件、水文调查及现场测流成果，对印尼当地公司先前作的可研报告进行认真评估分析，尤其是对工程影响较大的为水文、地震及边坡条件等重新进行研究评价，以期获得较为合理的设计资料。

2.1 水文

1)径流。径流流量关系到电站的规模和经济指标，是水电站设计中的重要参数，其数据主要来自于对实测成果的分析整理。经调查，坝址以上流域内无水文、气象测站，坝址下游设有Tulabolo水文站、Alale水文站和Talumolo 水文站，但收集到的水文资料时段较短，一致性较差。印尼原可研成果采用的坝址多年平均流量(中值流量)为150.3 m3/s(为测流复核值的约3倍)，其来源系按新加坡DHI公司在2012年作的小水电评估报告进行分析，考虑山地迎坡雨、季风等影响，对坝址下游水文站由水深推得的流量成果做了较大修正。根据Bone河河道实际流量初步分析，该值偏差较大，可信度较低。

概设阶段经对收集到的水文资料相关性、合理性及代表性进行进一步分析，结合水文站流量率定、实际测流成果，对坝址流量予以复核，以确定合理的径流流量。经分析，Bone坝址控制集水面积为1 000.9 km2，Tulabolo水文站在坝址下游，控制集水面积为1 003 km2，2007～2016年多年平均降雨量为2 307 mm，同时通过现场调查及相关资料，按Tulabolo水文站降雨资料的径流系数为0.7，确定多年平均流量为51.3 m3/s，该值与后来现场测流取得的成果较为接近且相互印证，最终选用现场测流成果46.7 m3/s为坝址多年平均流量。

2)洪水。洪峰流量取值合适与否直接影响到坝体安全及防洪建筑物规模，并对坝体枢纽布置和电站经济指标有重要影响，需认真分析。根据印尼原可研成果，洪峰流量系根据Tolabolo水文站3年的逐日平均流量推得，100年一遇洪水的洪峰流量682 m3/s，200年一遇的洪峰流量为765 m3/s，取值偏小，可靠性偏低且不安全。因该流域无实测洪水资料，经收集并结合该岛临近水电工程(Lasolo水电站、Sembakung水电站、Tandung水电站)设计成果，考虑多年平均降雨因素，进行洪峰模数类比，推得100年一遇洪水的洪峰流量989 m3/s，200年一遇的洪峰流量为1 172 m3/s，作为坝址设计特征流量。

2.2 设计地震

根据《2017年印尼地震风险图》，工程区100年重现期地震动峰值加速度为0.2～0.25g，200年重现期地震动峰值加速度为0.25～0.3g。本工程为低坝，结合工程实际情况并参考国际类似工程经验[3]，地震设防采用运行基本地震(OBE)标准[4]，地震动峰值加速度取0.25g，抗震设防类别为丁类。

2.3 枢纽布置

印尼原可研成果采用引水式开发，左岸滚水坝+右岸冲沙闸+右岸引水系统+地面厂房的布置方案。枢纽滚水坝顶高程93.0 m，坝轴线长57.0 m，建基面高程74.0 m，最大坝高19.0 m；冲沙闸采用2孔2.5 m×3.0 m(宽×高)；引水渠全长440.0 m，压力前池长54.0 m。因场区河床天然落差较小，引水式开发优越性不明显，且右岸为覆盖层边坡，自身稳定性较差，引水明渠施工时开挖支护工程量显著，同时压力前池占地及混凝土工程量亦相当可观，该方案投资较大，经济性较差。

概设阶段，经优化分析，拟采用河床式开发。由于场址拟选坝址处右岸覆盖层较厚，边坡稳定性较差，而左岸地势相对较缓，适合布置厂房，故采用左岸河床厂房+泄洪拉沙闸+右岸非溢流坝的枢纽布置格局，各建筑物布置紧凑，管理运行方便。坝顶高程98.0 m，坝轴线长177.5 m，建基面高程73.0 m，最大坝高26.0 m；泄洪拉沙闸采用2孔6.6 m×8.5 m(宽×高)。枢纽平面布置见图1。

2.4 边坡处理

坝址左坝肩边坡现为自然边坡，现状稳定；右坝肩边坡高程105 m以上为2015年前后由人工开挖形成，边坡坡角40～50，高程105 m以下为自然边坡，边坡坡角30～40，人工开挖边坡现状基本稳定，原开挖断面大多完好，局部由于暴雨的冲刷发生塌滑，坝址现状见图2。

结合边坡分析软件计算成果，拟定的边坡处理方案为：左岸设两级边坡，每级坡高15 m、坡比1∶1，马道宽2 m，坡面设间、排距2.5 m系统锚杆(φ28，L=9 m)；右岸设两级边坡，第一级坡高15 m，第二级坡高20 m，坡比均为1∶1.5，马道宽2.0 m，坡面设间、排距2.5 m系统锚杆(φ28，L=6 m)。经计算，边坡按此处理后，各工况下均能满足稳定要求。

图1 枢纽平面布置图

图2 坝址现状图(上游视)

2.5 送出问题

本工程拟新建20 kV架空线路约2 km(出线至电网接入点)，改造升级20 kV架空线路约20 km(原设计容量6 MW)，该部分工程已由承包商委托当地企业设计、施工。经分析，若按中国标准采用240 mm2导线，线路年损耗电量高达8%，线损较高。后期需进一步根据附近高电压等级接入变电站情况及容量，研究加大导线截面、采用多回路输电线路、新建高等级变电站及升降压输电线路等方案，择优选定经济合理的送出方式。

3 印尼大坝安全委员会审查要求

印尼大坝安全委员会是印尼大坝工程的管理和审批机构，根据该委员会的规定，从基底起算，坝高超过15 m均被界定为大坝，需要提交行政要求和技术要求两部分文件进行审查，审查通过方能开工建设。行政要求主要涉及设计批准书及施工实施许可证，技术要求主要涉及可行性研究报告、详细设计报告等。通常审批需要8～12个月，时间较长，工程投资建设时需提前作好准备。

4 结 语

国外小水电常常基础资料较为匮乏，外部条件复杂，在进行建设时，往往需要根据工程自身特点及所在国的条件及实际经验，在保证工程安全的条件下，尽最大可能提高工程效益。本文以印尼Bone水电站为实例，通过分析该工程概设阶段的设计要点，结合搜集到的设计资料及现场勘测成果，从工程水文、地震、边坡、枢纽布置等多个方面进行综合比较分析，最终较好的确定了工程外部参数，为项目的顺利推进创造了条件，也为类似工程设计提供了经验参考。