网站地图
【www.arisingsemi.com--国家公职】
枢怎么读 航电枢纽工程优化设计湖南湘江航运建设开发有限公司
我国内河航运资源十分丰富，可通航河流为12.4万公里。“九.五”期间以来，国家逐步加大内河航运基础建设投资，已初步改变了内河航运的落后面貌，取得了非常巨大的成绩，同时对航道治理开发模式进行了有益的探讨，探索出“航电结合、以电促航、滚动开发”的建设模式，通过兴建航电枢纽，实现渠道梯级渠化，充分发挥水资源的综合效益，推动流域经济发展。
航电枢纽工程布置的总体原则：①在贯彻统一规划、综合利用的基础上，首先满足航运要求，确保通航条件良好，并兼顾发电、灌溉、交通、城镇供水及水产养殖等的需要。②在满足通航要求的前提下，满足泄洪要求，尽量减少枢纽上游土地淹没，人口迁移和建、构筑物拆迁；③枢纽布置应有利于施工、管理和维护。
④充分考虑人与自然相和谐，贯彻保护环境和可持续发展的理念。
株洲航电枢纽工程是以航运为主，并兼顾发电、灌溉、交通、水产养殖等水资源综合利用工程。
坝址位于株洲市上游24km 的湘江空洲河段，江心有一河心洲——空洲岛，将湘江分为左右两汊，岛长1800～2000m，宽200～290m，高出枯水位10～12m。水库正常蓄水位40.5m，相应库容4.743亿m3。
船闸为Ⅲ(3)级, 按一顶四艘千吨级船队的标准设计, 闸室有效尺寸为180×23×3.5m(长×宽×门槛水深), 年设计通过能力为1560万t。
泄水闸分左右两汊布置，共24孔。单孔净宽20m，左汊泄水闸段布置11孔泄水闸和1孔排污槽，右汊布置13孔泄水闸。
电站装机140MW，安装5台转轮直径7.5m的灯泡贯流式机组，年发电量6.636亿kWh。
下面结合株洲和大源渡两个航电枢纽工程的实际，介绍优化航电枢纽工程的设计思路。
1、 优化水库调度，减少库区淹没损失
株洲航电枢纽地处湘江下游平丘河段，两岸人口密集，土地开发利用程度高，人均耕地仅为1亩，耕地主要为水田，农田和房屋由湘江两岸大堤保护，两岸大堤布置了防洪闸和排渍机站，水库蓄水后将淹没大片农田。根据水库淹没处理设计规范，土地的征用的最低标准为频率为2年一遇洪水的回水线。由于水库为径流式，水库的调节库容很小，如果按高坝大库的标准从正常蓄水位按2年一遇的洪水进行调洪演算，其回水线将超过湘江两岸防洪大堤，造成巨大的淹没损失。
因此，必须对水库进行优化调度，以尽量减少水库淹没损失。根据株洲枢纽库区的特点，确定了正常蓄水为40.5m＋2430m3/s（最大机组引用流量）进行水库回水的推算，土地的征用标准为该回水线＋0.5m超高。当入库流量小于2430m3/s时水库按正常蓄水位运行，当入库流量大于2430m3/s时，降低坝前蓄水位运行，根据计算当入库流量大于5000m3/s时，上下游水位相差较小，24孔闸门敞开泄洪，库区恢复天然行洪状态。
2、进行多种枢纽工程布置比较，最大限度地满足通航条件。
方案一：船闸布置于右汊右岸阶地，电站布置于左汊左侧河床。
右汊布置13孔泄水闸，左汊布置11孔泄水闸。
方案二：船闸和电站均布置在右汊内，船闸在右汊右岸岸边，电站在右汊左侧即空洲岛右侧，右汊布置10孔泄水闸，左汊布置14孔泄水闸。
方案三：船闸布置于右汊右岸阶地，电站布置于左汊右侧即空洲岛左侧，右汊布置13孔泄水闸，左汊布置11孔泄水闸。
上述三个方案的比较详见下表1。
表1 枢纽布置方案比较表
方 案
项 目
方 案 一
方 案 二
方 案 三
布 置 方 式
右汊右岸阶地船闸,左汊左岸电站,右汊13孔泄水闸,左汊11孔泄水闸,空洲副坝长210m。
右汊右岸船闸,右汊左岸电站,右汊10孔泄水闸,左汊14孔泄水闸,空洲副坝长130m。
右汊右岸阶地船闸,左汊右岸电站,右汊13孔泄水闸,左汊11孔泄水闸,空洲副坝长150m。
施 工
分 期
一期
施工左汊电站厂房、13孔泄水闸和右岸台地船闸。
施工右汊电站厂房、右汊10孔泄水闸和右岸岸边船闸。
同方案一。
二期
施工右汊13孔泄水闸。
施工左汊14孔泄水闸。
施工右汊13孔泄水闸。
施 工
通 航
一期
利用疏挖后的右汊临时航道通航。
利用左汊主航道通航。
同方案一。
二期
利用已建成船闸通航。
利用已建成船闸通航。
利用已建成船闸通航。
地 质 条 件
右汊有5孔泄水闸位于1#、7#溶蚀风化深槽上,主厂房局部位于4#溶蚀风化深槽处,厂区岸边挡水建筑物均位于2#溶蚀风化深槽内,基础处理难度大,工程量大。
右汊有2孔泄水闸位于1#、7#溶蚀风化深槽上,主厂房及进、尾水渠全部位于1#、7#溶蚀风化深槽上, 2#溶蚀风化深槽处为左岸副坝，因厂房建基面较低，绝大部深槽被挖除,局部残留浅坑作清除处理，深槽处理工程量小，处理难度小。
右汊有5孔泄水闸位于1#、7#溶蚀风化深槽上,主、副厂房及厂区岸边挡水建筑物均避开了2#溶蚀风化深槽的影响，2#溶蚀风化深槽处为左岸副坝，相应的基础处理难度较小，工程量较小。
施 工 条 件
左汊电站与右岸台地船闸分开施工,互相不干扰,但须组建两个施工营地。
施工条件较好.
船闸、电站和右汊10孔泄水闸在右汊一个基坑内同时施工，相互之间施工干扰较大。
同方案一。
运行管理条件
船闸与电站分开布置,各居一岸,,船闸在右岸,岸线顺直。电站在左岸开关站布置及出线方便,且靠近生活区,运行管理方便,运行条件好。
电站位于河中江心洲，建筑物布置较紧张, 防洪条件差，开关站布置于江心洲上，须增加跨河铁塔，运行管理不方便。船闸紧挨闸坝布置,受通航净高限制,坝顶桥跨闸室处为活动钢桥,水陆交通干扰较大。
电站位于河中江心洲，建筑布置较紧张, 防洪条件差，开关站布置于江心洲上，须增加跨河铁塔，运行管理不方便。
水流条件
两汊闸孔泄流能力接近于天然河道分流比，不会对河势变化产生大的影响，经水力学模型试验验证，船闸上下游口门区通航水流条件较好。
改变天然河道分流比较大，可能对河势演变产生较大影响，船闸通航水流条件满足规范要求，但相对于方案一、三较差。
水流条件与方案一基本相同，但厂房位于左汊凸岸，厂前可
能产生淤沙。
总投资(亿元)
19.77
19.393
19.546
从以上分析比较可以看出，方案一枢纽布置协调，美观，洪水期左右汊分流比基本维持天然状态, 施工期间各建筑物施工干扰小，施工期和运行期管理方便；船闸、电站分汊布置，运行条件好，但该方案厂区岸边挡水建筑物均位于2#风化深槽内，基础处理难度非常大，处理的工程费用高，工程造价相对较大，并需在施工过程中对易留下安全隐患的部分基础及结构物进行研究试验、精心设计和严格的施工工艺及质量控制，确保安全。
方案三是在方案一基础上布置的，方案三将电站从左汊左岸移至左汊右岸的江心洲左侧，避免了2#溶蚀风化深槽对厂区建筑物的影响，大大降低了厂房基础处理的难度，减少了基础处理工程量；洪水期左右汊的分流比基本维持天然状态（同方案一）。
但电站移至江心洲凸岸后，可能在厂前产生淤沙，影响电站运行，且电站出线需增加跨河铁塔，工程造价居中。
方案二厂房移至右汊左岸的江心洲右侧，占据1#、7#风化深槽，利用主厂房基础的深挖将深槽大部分挖除，左汊的2#风化深槽采用土石坝跨越，基本上避开了风化深槽的影响，故投资最省，但对洪水期左右河汊分流比改变较大，可能对河势演变产生较大的影响。由于船闸紧挨闸坝布置，为满足通航净高要求，坝顶桥跨闸室处需设活动钢桥。综上分析，从技术经济角度出发，方案二最优，但对于一个以航运开发为主的枢纽工程，方案二对通航条件和河势演变须作进一步论证。
就通航条件而言，上述三个方案都满足通航要求。
方案一和方案三船闸与电站异岸布置，船闸布置于右岸台地，具有干地施工条件。由于电站与船闸各布一汊，在电站5台机满发流量2350m3/s以下（保证率80%），船闸上、下游口门区基本为静水，口门区水流条件良好。左、右汊分流比与天然情况接近，对河势改变小。
上闸首与泄水闸右岸边墩之间留有98.85m 长副坝，便于跨船闸公路桥升坡以满足桥下10m通航净空，不必建活动桥，陆路交通与水上交通无相互干扰。其缺点是船闸占地较多，土石方量较大，一期施工须在右汊开辟临时航道以满足施工期通航，枢纽前期护岸工作量较大。
方案二：船闸与电站均布置于右汊，船闸布置于右岸河边，占地和土石方量均较小，一期施工可利用左汊（原主航道）通航，不必开辟临时航道，枢纽施工前期护岸工作量较小。其缺点是左、右汊分流比与天然情况相差较远，对河势改变大；由于电站离船闸较近，口门区水流条件受电站发电影响较大，船舶进出口门区不如方案一方便；一期施工强度大，施工期和运营期相互干扰较大；由于上闸首紧邻泄水闸右岸边墩，跨船闸公路桥高程受坝顶公路桥制约，必须做成活动桥以满足船闸通航净空之需，陆路交通与水路交通相互干扰较大；该方案引航道与外河采用混凝土导航墙相隔，主体工程混凝土量比方案一大。
综上所述，方案一虽然有占地较多，土石方量较大等缺点，但船闸与电站在施工期和营运期相互干扰小，枢纽运行管理方便，特别是其口门区水流条件比方案二优越，船舶进出口门较安全，作为以通航为主的航电枢纽工程，应优先考虑通航条件，总平面布置方案推荐方案一。
3、对推荐方案枢纽进行水工模型试验验证
为了使枢纽布置的选择更具科学性，对推荐得枢纽总布置方案进行多种模型验证，国内同类型枢纽中首次采用较大规模的动床模型试验，其结果摘要说明如下：
1)通过试验验证，当枢纽泄水建筑物采用24孔时，相应不同频率洪水泄流时，坝前壅高值在0.09～0.15m之间（均略小于计算值），泄流能力满足要求。
2)模型试验建议炸除左岸下游礁石，疏挖左汊河道，疏挖后的左汊河道水流比较顺畅，汊内不但没有水位壅高，而且还有所降落（1～4cm），而右汊水位无明显变化，对提高发电效益有利，对通航无不利影响。
3)坝前水流情况：右汊由引航道分水建筑物结合修整后的空洲岛控制水流，水流到达坝前基本调顺，水流方向与坝轴线基本垂直。
左汊水流由于原河床地形控制，水流动力轴线先向左偏，洪水时左汊左岸电站不过流，又将水流动力轴线调向左汊右边，因而左汊大部分闸孔前水流平顺，只有靠近电站的部分闸孔前水流右偏。
4)通航水流条件
通过2350m3/s（五台机满发流量）、4000 m3/s（中水）、6000 m3/s（中洪水）、7370 m3/s（电站停机）、11400 m3/s（两年一遇）、15200 m3/s（五年一遇）、17600 m3/s（十年一遇）七级流量的试验研究，五年一遇洪水流量下时，上游口门区、下游口门区及连接段航道的水流条件基本满足要求，十年一遇洪水流量时，口门区横向流速偏大，连接段纵向流速偏大，此时，上下行船舶需调整航线，靠航道中心线右侧进出船闸。
5)船模航行试验研究
在各级流量下，上游引航道口门区基本满足船队航行要求；当流量在11400 m3/s（两年一遇）以下时，下游引航道口门区及连接段航道的航行条件基本不存在问题，流量增加后，适当改变航行和操纵方式，船队也基本能顺利进出引航道口门区。
对于在船闸下游航行的船队来说，当流量大于11400 m3/s时，上行船队可在靠岸边流速较小的区域航行，下行船队可将航线适当靠右，以避开左侧斜流作用。
4、针对不良地质条件，进行多条坝线比较
株洲航电枢纽工程存在的主要工程地质问题是溶蚀风化，枢纽区白垩系红色砾岩地层在溶蚀和风化的共同作用下，形成了一定规模的溶蚀风化深槽，主要有三大特点：①规模大，如左岸2#溶蚀风化槽长达数百m，宽达25～200余m；②发育深，最大深度超过65m；③出现频率较高，枢纽区大小风化槽达21个之多。由于这一特殊的地质现象，给该工程带来了大量的基础处理工程量。初步设计审查后，根据审查意见，结合坝轴线移动对坝址进行了补充地勘和风化深槽灌浆试验，对坝轴线下移10m、15m、20m、25m等方案进行了比选。
在坝轴线下移25m后，左汊厂坝建筑物基本避开了4＃风化深槽，右汊船闸坝建筑物基本避开了8＃风化深槽，同时使厂区上下游防洪墙从2＃风化深槽的最窄处通过，取消基础全落在2＃深槽的厂区左挡墙（门机平台挡土墙），改为
1：2的土坡。
其基础处理工程量相对最省。
基础处理相对集中到左汊厂房段的2＃风化深槽和右汊闸坝的1＃、3＃、7＃风化深槽，使基础处理制约施工工期的矛盾有所缓解，由于实际开挖后，2＃风化深槽在上游挡水坝基础部位呈闭合状，原设计的厂区2＃风化深槽基础处理拱相应取消，减少该处基础处理C20混凝土41921m3。共节约了工程投资约2000万元（包括减少的厂区基础处理拱混凝土）。。