小贺科水电站布置方案比选

辛道涛,程昌勇,赵景志

(水利部珠江水利委员会技术咨询中心，广东 广州 510611)

1 工程概述

小贺科水电站工程位于澜沧江支流小黑江干流中游河段上，地处云南省沧源县与耿马县交界处，距昆明市598 km，距临沧市180 km。工程所在河流小黑江属澜沧江一级支流，流经临沧市耿马、沧源、双江县及思茅市澜沧县汇入澜沧江，流域面积为5 784 km2，从河源大雪山至河口主河道全长为180 km，总落差大于 1 500 m，平均坡降为4‰。流域内水系发育，水力资源丰富，干流中游河段落差集中，开发条件好，以水电开发为主。

根据《临沧市小黑江中游河段及支流拉勐河水电规划报告》，小黑江干流中段(控制高程为840～970 m)开发三级电站，其中第一级为贺柯电站，第二级为小贺科电站，第三级为江边山电站。小贺科电站坝址以上集水面积为2 840 km2，约占全流域面积的49%[1-2]。

2 水文地质条件

2.1 水文条件

根据流域内勐省水文站、双江及耿马气象站实测资料统计：多年平均降雨量介于1 300～1 760 mm之间，流域多年平均气温在16.2℃～22℃之间，最热月(7月)平均气温为21.7℃;最低月(1月)平均气温为10℃，平均相对湿度为73%，年平均日照为2 212 h左右，日照率为65%。地区多年平均蒸发量在1 700～2 302 mm之间(20 cm口径)；平均无霜期为300 d，平均风速为1.7～1.9 m/s，常年风向以西南风偏多，年最大风速为16～22 m/s。

坝址以上流域多年平均流量为79.80 m3/s，多年平均径流量为25.19亿m3。勐省水文站实测最大流量为803 m3/s，实测最小流量为2.69 m3/s[1-2]。

2.2 地质条件

工程区属横断山脉南延部分，山峦叠嶂，北高南低，为怒江和澜沧江河间地块，工程区内地层出露比较齐全，除志留系、白垩系未见出露外，从元古界西盟群——第四系均有出露。各地层单位的岩性差异明显，除碎屑岩外，出露较多碳酸盐岩及硅质岩，变质岩。地层以元古界西盟群(P)、古生界泥盆系(D)、石炭系(C)、二叠系(P)、三叠系(T)、第三系(N)及第四系全新统(Qh)组成。

根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)，工程区50 a超越概率为10%的地震动峰值加速度值为0.30g，地震动反应谱特征周期0.45 s。根据国家地震局颁布的1:400万《中国地震烈度区划图(2016)》，工程区地震基本烈度为Ⅷ度。

库区小黑江河谷段为本区最低侵蚀基准面，系地下水补给河水，两岸存在高于水库正常蓄水位的地下水分水岭，两岸山体浑厚，地层以相对隔水的碎屑岩，库尾出露的碳酸岩类呈带状透镜状分布，被P2n、C1y碎屑岩地层包裹，未串通至下游或附近低邻谷。

工程区岩体风化程度受岩性和地质构造控制，变质碎屑岩地层中变质泥质粉砂岩和板岩较石英片岩风化深。

上坝址左岸基岩大部裸露以全～强风化岩体为主，全风化层厚为0～5.8 m，强风化厚度为5.8～16.40 m；右岸地表覆盖残坡积层，基岩仅在简易公路边零星出露，全风化层厚为0～6.5 m，强风化层厚度为6.5～15.5 m。河床部位强风化厚度为0.0～1.30 m。下坝址带地形宽缓开阔，自然山体稳定，地表覆盖残坡积层，一般厚度为2.20～6.0 m，下覆基岩为石炭系下统南段群下亚群:片里化石英砂岩、变质不等粒石英砂岩夹绢云石英微晶片岩、板岩。强风化层厚为10～31.90 m，由于受附近小断层f3影响一般较破碎，岩体呈薄层状、碎块状[3-4]。

3 工程布置方案选择

3.1 布置方案拟定

规划坝址位于小黑江桥上游河段，左岸为耿马县，右岸为沧源县。小黑江中游河段第一级为贺柯电站，尾水控制高程为940 m，为坝后式电站。第三级为江边山电站，正常水位控制为852 m，最大坝高为20 m，为引水式电站[1-2](见图1所示)。

图1 工程位置示意

贺柯电站下游为勐省镇镇政府所在地，并且有沧源南华勐省糖业有限公司、勐省农场等企业，地势平坦，为当地经济文化中心，拆迁难度大，且投资高，所以小贺科电站以最高水位不淹没该位置为控制因素。下游江边山电站正常水位为852 m，以小贺科电站尾水衔接下游梯级水头为原则。其中小黑江桥以下段河道平缓，且右岸为G214国道，高程较低。小黑江桥以上S314(小沧线)沿河道左岸布置，下游段公路高程较低，上游段公路高程较高。小黑江经过勐省镇后流向转东，在石佛洞位置进入峡谷，峡谷长约为5.5 km，出峡谷后渐渐变缓。河宽为30～60 m，多为V字型河谷，边坡较缓，坡度为30°～45°，直至小黑江桥突转90°变为向南流，至赛弄附近又转向西流，形成“弯肘”状河流形态。规划坝址在小黑江桥至石佛洞这一河段内。

根据该河段地形地质条件、库区条件、公路情况，经综合考虑，初拟上、下2个坝址5个方案进行综合比较。

方案1：下坝址河床式高坝方案；

方案2：河道分梯级开发，即上坝址河床式方案+下坝址河床式方案；

方案3：上坝址引水方案；

方案4：上坝址河床式梯级+下坝址引水式方案；

方案5：下坝址低坝引水式方案(与方案3等库容)。

3.2 布置方案比较

3.2.1工程布置方案

方案1：小黑江在小黑江桥以下河道平缓，右岸为G214国道(二级公路)，左岸为农田，且小黑江桥处设置边防检查站，拆迁难度大，而且淹没投资大。经综合考虑，方案1坝址(下坝址)选择在小黑江上游约1.5 km处。

根据地形地质条件，大坝采用混凝土重力坝，经计算正常水位为929 m，坝顶高程为930.1 m，坝底高程为850.0 m，最大坝高为80.1 m，坝顶长为354.9 m，总库容为11 129万m3。土石方开挖为45万m3，混凝土浇筑为61万m3。淹没公路为22.38 km，水库淹没及移民投资为3.96亿元。加权平均水头为57.25 m，装机容量为46 MW，年均发电量为2.071亿kW·h。工程总投资为65 463万元。

方案2：根据区《中国地震烈度区划图(2016)》，小贺科电站位于Ⅷ度区域，方案1中大坝高为80.1 m，总库容为11 129万m3。属于高震区的高坝大库工程，而且淹没范围大，所以考虑采用分两级开发方案。

上坝址布置位于小沧线12 km处的小黑江河道中部转弯处，大坝采用混凝土重力坝，正常水位为929 m，坝顶高程为930.5 m，坝底高程为876 m，最大坝高为54.5 m，坝顶长为217 m，总库容为3 200万m3。土石方开挖为26万m3，混凝土浇筑为18.8万m3。淹没公路为12.93 km，水库淹没及移民投资为1.05亿元。加权平均水头为39.18 m，装机容量为32 MW，年均发电量为 1.442亿kW·h。

下坝址选择在小黑江上游约1.5 km处，大坝采用混凝土重力坝，正常水位为890 m，坝顶高程为 892 m，坝底高程为855 m，最大坝高为37 m，坝顶长为261 m，总库容为2 800万m3。土石方开挖为16.1万m3，混凝土浇筑为13.8万m3。淹没公路为5.52 km，水库淹没及移民投资为0.825亿元。加权平均水头为30.87 m，装机容量为28 MW，年均发电量为1.261亿kW·h。

方案3：方案1和方案2电站尾水位为866 m，尚有14 m水头未能利用。由于下游河道较平缓，右岸为G214国道(二级公路)，左岸为农田，修建梯级时征地移民投资较大，工程效益差。

结合地形条件，小黑江在该河段呈“弯肘”状河流形态，根据地质条件，结合河道梯级规划，在上坝址处设置隧洞，穿过安海后山山脊，在江边山电站库区冲沟中修建厂房，尾水与江边山正常水位衔接。隧洞长为8 894 m，断面为城门型断面，过水断面尺寸，宽为7.463 m，直墙高为6 m，净高为7.546 m，顶拱拱角为90°。隧洞后接前池和压力钢管，最后进入发电厂房。加权平均水头为68.24 m，装机容量为56 MW，年均发电量为2.521亿kW·h。

方案4：方案3中隧洞穿过安海后山山脊，中部无位置布置施工支洞，中部埋深达1 200 m，属于深埋长隧洞。深埋长隧洞施工难度大，可能出现岩爆、涌水等现象。所以考虑在上坝址为河床式电站，下坝址修建1条较短隧洞，引水至小黑江桥下游发电。

下坝址修建1条穿过安海后山山脊的隧洞，隧洞长为3 809 m，断面为城门型断面，过水断面尺寸，宽为7.463 m，直墙高为6 m，净高为7.546 m，顶拱拱角为90°。隧洞后接前池和压力钢管，最后进入发电厂房。加权平均水头为38.45 m，装机容量为30 MW，年均发电量为1.428亿kW·h。

方案5：选择下坝址引水方案(与方案3同库容方案)。方案5坝址为下坝址，大坝采用混凝土重力坝，正常水位为902 m，坝顶高程为903.1 m，坝底高程为855.0 m，坝体最大坝高为48.1 m，坝顶长为283.6 m，总库容为3 200万m3。土石方开挖为22.9万m3，混凝土浇筑为19.3万m3。淹没公路为10.8 km，水库淹没及移民投资为1.269 9亿元。加权平均水头为37.3 m，装机容量为 32 MW，年均发电量为1.442亿kW·h。

3.2.2方案比选

根据规划，给合工程地形地质条件，从坝高、工程高、电站装机、发电量及淹没投资等列表对上述5种方案进行综合比较(见表1)。

表1 方案综合比较

方案1属于高震区的高坝大库，对建筑物要求较高，并存在一定的风险。同时，工程效益一般。方案2采用分级开发方式，避免高坝大库，同时减少淹没投资，但由于修建两座挡水建筑物，工程造价较高。方案3为高震区的深埋长隧洞，施工较困难，并可能产生岩爆及涌水等事故。上、下游梯级衔接好，水能利用率高。方案4为两级开发，并利用短隧洞连接厂房，上、下游梯级衔接好，水能利用率较高。工程投资大。方案5上、下游梯级衔接差，电站装机小，发电量少。

通过综合比较，可以得出以下结论：

1) 水能规划：方案3充分利用了全部水头，梯级衔接最好，方案4次之；

2) 工程布置：各方案都满足要求；

3) 征地移民：方案3淹没公路最短，征地移民投资最少；

4) 施工条件：方案1和方案2为河床式电站，施工较为方便。而方案3为深埋长隧洞，施工难度相对较大且深埋长隧洞易发生岩爆及涌水等事故。

5) 工程效益：方案3单位千瓦投资和单位电能投资最少，效益最好。

参考国内外已完成的深埋长隧洞，结合本工程地质条件，本工程隧洞围岩岩性为石英砂岩及板岩，为较软岩和不透水岩，发生岩爆及涌水等事故的可能性不大，加上现阶段施工机械更新及施工技术的成熟，深埋长隧洞施工难度已不是控制因素[5-6]。

经综合分析比较，方案3在地形地质条件、水能指标、水库淹没、梯级衔接等各方面都较优；而且在单位千瓦投资和电度投资都较其它方案优越，故选择方案3为工程的推荐布置方案。

4 结语

工程布置合理性直接影响工程的可行性，同时影响上、下游梯级的衔接，所以，在工程设计阶段，更要严谨对待工程的布置设计。小贺科水电站上坝址引水隧洞布置方案现已通过有关部门审查，业主正在进行施工前期工作。