赤道几内亚吉布洛水电站设计特点

ＨＥＮＡＮ
１．建设背景及过程
吉布洛水电站是中国与赤道几内亚两国政府在中非论坛期间确定的框架协议内项目，由中国政府贷款实施。

电站总承包方为中国水电建设集团国际工程有限公司，采用ＥＰＣ方式承建，２００７年３月签订总承包合同，委托中国水电第六工程局有限公司负责工程管理和实施，黄河设计公司作为总承包方的咨询开展设计工作。

伊朗ＭａｈａｂＧｈｏｄｓｓ顾问公司于２００４年编制完成吉布洛水电站可行性研究报告，公司自２００８年１月完成补充优化设计，２００８年５月通过赤道几内亚政府组织的审查，并得到批复，确定工程开工日期为２００８年４月１５日，竣工日期为２０１１年１０月１５日，总工期４２个月。

２０１１年５月电站首台机组发电；２０１１年１０月１４日四台机组全部并网发电，按合同工期完成了建设目标。

２．工程概况
维勒河发源于加蓬，全长３６１ｋｍ，流域面积１３２５０ｋｍ２。

吉布洛水电站位于维勒河的中游吉布洛瀑布附近，距离入海口１７６ｋｍ，坝址以上流域面积５７６４ｋｍ２。

吉布洛水电站是赤道几内亚国家电网建设的骨干工程，电站装机容量为１２０ＭＷ，装机４台，单机容量３０ＭＷ，多年平均发电量７．４４４×１０８ｋＷ．ｈ。

该工程为Ⅲ等中型工程，为低坝有压引水式电站，由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽等组成。

其中首部枢纽由挡水坝段、溢流坝段、冲沙闸、进水口和排漂道等组成；引水系统包括进水口、压力引水道、调压井、压力钢管；厂区枢纽包括电站厂房、开关站、尾水洞、尾水闸及尾水渠。

３．工程设计特点
３．１流量大，地形条件所限，枢纽布置难度大
吉布洛水电站所处的维勒河流域靠近赤道，属赤道热带雨林气候，降雨充沛。

１０年一遇导流标准时的洪峰流量为４１１７ｍ３／ｓ。

伊朗ＭａｈａｂＧｈｏｄｓｓ顾问公司可研阶段选择的坝轴线位于河心岛的下游，河道断面相对较窄，分期导流时建筑物布置的难度大。

通过对可研阶段成果的研究和分析，认为挡水建筑物布局时应充分考虑导截流工程布置的方便性，利于导流工程的实施。

可行性研究阶段拦河坝布置在河心岛的下游，主体工程量虽然较小，导致了导截流工程布置困难和施工难度的增加。

在进行首部枢纽布置分析时，通过对伊朗ＭａｈａｂＧｈｏｄｓｓ公司成果的分析，对挡水建筑的总体布局进行了调整，坝轴线位置向上游移动至河心岛处，为了更好的利用河心岛的有利地形，将原坝轴线由直线型布置改为折线型布置。

坝轴线调整后，虽然拦河坝长度有所增加，但从总体布局来看具有了以下几个方面的特点：一是利于导截流建筑物布置与实施；二是导流工程与主体工程适当结合，达到既方便施工，又减少工程投资的目的；三是增加了溢流坝段长度，从而提高了泄洪能力，保障了拦河坝的安全性。

３．２进水口条件复杂，处理方案涉及面广
３．２．１防吸气性漏斗漩涡、防沙、防污物等问题突出、技术难题大吉布洛水电站为径流式电站，水库无调节功能，拦河坝仅起壅水作用。

除洪水期外，电站全年在正常蓄水位５７７．０ｍ发电运行，设计引用流量１６１．１６ｍ３／ｓ，引水洞直径７．２ｍ。

河床高程５６８．０ｍ左右，冲沙闸底板高程５６８．５ｍ。

在正常蓄水位５７７．０ｍ时，进水口前水库水深仅９ｍ左右，从水头和水流条件而言，属浅孔式进水口。

维勒河流域内植被良好，库区河道比降大，平均比降约８．７‰。

赤道几内亚吉布洛水电站设计特点
□史海英（黄河勘测规划设计有限公司）
摘要：吉布洛水电站的设计根据水文、地形地质特点，结合施工导流要求提出了合适的首部枢纽布置方案；解决了径流式水电站所特有的浅式进水口防沙、防污、易产生吸气性漏斗漩涡的技术难题；对调压井的设计进行了创新与尝试，创造性地解决了电站甩负荷时，产生的最高涌浪问题，改善了机组运行条件，同时解决了高调压井引起的结构难题。

关键词：吉布洛；水电站；枢纽布置；进水口；导流；调压井
作者简介：史海英（１９６６－），女，高级工程师，从事水利
水电工程设计工作。

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ＨＥＮＡＮ
虽然流域产沙量不大，但由于吉布洛水电站水库库容小，天然河道比降大，泥沙很容易到达坝前，进水口的防沙问题需要引起重视。

同时，流域内树林茂密，枯树、枝叶等漂浮物较多，防污物也是进水口设计需重点解决的问题。

进水口底板近邻河底，闸前水深较浅，泥沙、污物带来的影响类同于开敞式进水口。

由于进水口后接的是压力引水洞，进水口前必须满足压力进水口的最小淹没水深要求，以避免出现吸气性漏斗漩涡，否则，掺气水流进入水轮机后会降低机组效率。

从该方面而言，进水口又类似深式进水口。

因此，进水口的设计汇集了开敞式进水口及深式进水口的双重矛盾和要求，如何妥善解决这一双重矛盾和要求是该工程进水口设计的难点和关键。

３．２．２多方面论证，多方法计算，提出经济合理切实可行的方案措施
为了既能满足压力进水口最小淹没水深的要求，同时又能防止进水口泥沙淤积和漂浮物漂堵。

根据首部枢纽地形及河道水流条件，经过多方面的计算论证，提出总的设计思想为：在平面上按照“侧向取水，正向冲沙”的原则布置，在立面上采取“表层排污、中层取水、底层冲沙”的设计措施。

具体措施如下：一是进水口紧靠冲沙闸左侧布置，引水角（进水口与冲沙闸轴线夹角）为１１０°，冲沙闸正对原河道方向，形成“侧向取水，正向冲沙”的布置格局。

二是冲沙闸底板高程确定为５６８．５ｍ，与原河床高程相近，在进水口前设置拦沙坎。

拦沙坎顶为５７２．５ｍ，比冲沙闸底板高４ｍ，以拦截推移质，防止其进入进水口。

三是在冲沙闸右侧闸墩的上游设一道纵向束水导墙，束水墙顶高程５７７．０ｍ，长度超过进水口上游端５ｍ，使之与进水口前沿拦沙坎之间形成沉沙、冲沙槽。

当冲沙闸关闭，进水口引水期间，部分泥沙淤积在冲沙槽内。

当冲沙闸开启时，利于坎、墙之间通道束水冲沙，并通过冲沙闸排向下游，保证进水口前“门前清”。

四是在防污方面，以“枢纽防污为主，进水口防污为辅”为原则。

考虑到污物多集中在汛期，在主河道上布置净宽１４×９ｍ＋３×１２ｍ的开敞式溢流坝泄洪兼排污，为主要排污通道。

由于进水口附近为回流区，容易聚集污物，而冲沙闸孔口顶高程低于正常蓄水位，汛期排污能力较低。

为此，在冲沙闸左侧挡水坝段上增设一排漂道，排漂道宽度４．５ｍ，堰顶高程５７７．０ｍ，以排除汛期汇集在进水口前的漂浮物。

五是引水洞进水口前设置拦污栅，采用自动清污机清污。

六是在防吸气性漏斗漩涡方面，通过几种水力学方面理论和经验公式论证（如：Ｇｏｒｄｏｎ公式、Ｒｅｄｄｙ和Ｐｉｃｋｆｏｒｄ公式等），选择了合理的进水口底板高程。

３．３对调压井设计进行了创新和尝试，创造性地解决了最高涌波带来的一系列问题
３．３．１受地形限制，调压井最高涌波高出地面近２０ｍ，结构处理投资多
吉布洛水电站的选址主要是为了利用吉布洛瀑布产生的水头差，它的特点是拦河坝低，坝址下游山体高程与上游水位相比相对较低，存在着校核洪水位高于下游山顶高程的情况。

引水发电洞轴线尽量沿左岸山梁布置，以增加隧洞岩体埋深，同时调压井布置在左岸山顶部位。

如果采用常规调压井，电站机组甩负荷时产生的最高涌波仍高出左岸山顶２０ｍ左右。

在内水压力作用下，调压井井筒主要为轴心受拉结构，抗拉问题是难题和关键。

如果调压井采用钢结构，施工难度大、投资多、造型难以美观，运用期维护成本也高；而采用钢筋混凝土结构，由于混凝土抗拉能力较差，主要靠钢筋承担，为了抵抗裂缝开展，导致配筋过多，工程投资大。

３．３．２提出阻抗＋溢流的混合式调压井，创造性地解决了问题阻抗式调压井具有削减调压井最高水位和抬高最低水位，以及使水位波动较快衰减的作用，经过分析计算，采用阻抗式调压井后，电站机组甩负荷时产生的最高涌波有所降低，但仍高出左岸山顶１５ｍ左右，结构的抗拉问题没有彻底解决。

溢流式调压井通常的做法是顶部溢流后设堰下水室，汇集堰下水流入溢流水道，然后在地面设消力池和排水渠。

吉布洛水电站调压井高出左岸山顶，如果作溢流式调压井配套的堰下水室、消能措施及排水渠，将导致上部结构复杂、投资多、造型不美观等缺点。

通过查阅大量资料，在对各种方案进行对比分析研究后，创造性地提出将阻抗式调压井和溢流式结合起来考虑，在充分利用阻抗式调压井的优点后，又对常规溢流式调压井进行改进，即在调压井顶部四周不设溢流水道，直接进行空中溢流，利用水流在空气中掺气扩散，自流跌落到井周的水池内，进行溢流水舌的消能处理。

调压井开挖时，顶部四周覆盖层边坡１：１，自然形成一个圆形水池，其底部稍加衬护，即可作为消力池。

在消力池靠河道侧设泄水道，将池水排入原河道。

阻抗＋溢流混合式调压井的采用使调压井高度降低了１５ｍ左右，不仅解决了结构难题，使该项工程投资减少，而且在负荷变化时，机组反应迅速及时，更快恢复稳定，大大减小了其上游引水道的水锤压力，同时减轻了下游压力管道的水锤压力，在事故停机和机组负荷变化时均能稳定运行，确保了发电质量和压力引水道的安全。

４．结语
吉布洛水电站的设计根据水文、地形地质特点，结合施工导流要求提出了技术可行、经济合理的首部枢纽布置方案；设计采用的引水发电洞进水口方案解决了径流式水电站所特有的浅式进水口防沙、防污、易产生吸气性漏斗漩涡的技术难题；利用水力学的原理，对调压井的设计进行了创新与尝试，创造性地解决了电站甩负荷时，机组关机产生的最高涌浪问题，改善了机组运行条件，保证了供电质量，同时也解决了高调压井引起的结构难题。

目前，吉布洛水电站已经建成运行半年多，工程运行状况良好，其工程设计经验对其它类似工程具有一定的借鉴作用。

收稿日期：２０１２－１１－１５。