资水梯级电站施工期闸孔通航方式工程实践

资水梯级电站施工期闸孔通航方式工程实践曾更才;宗蓓;杨亮华【摘要】有通航要求的水利水电工程施工期通航问题,是施工导流设计和工程实施期间需要妥善解决的问题之一.以资水柘溪电站以下河段修建的修山水电站、东坪水电站和株溪口水电站工程为例,介绍了施工期利用工程既有的闸孔通航并取得较好技术经济效果的实际做法.工程实践表明,利用闸孔通航,技术上是可行的,并具有导流程序简单、施工期通航工程措施费用低、电站发电时间可提前等优点,经济效益显著.其工程经验可在类似工程中推广应用.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2011(042)021【总页数】4页(P42-45)【关键词】闸孔通航;施工期;施工导流;低堰闸坝【作者】曾更才;宗蓓;杨亮华【作者单位】湖南省水利水电勘测设计研究院,湖南长沙410007;湖南省水利水电勘测设计研究院,湖南长沙410007;湖南省水利水电勘测设计研究院,湖南长沙410007【正文语种】中文【中图分类】U64有通航要求的水利水电工程，施工期通航的通常做法是:施工初期采用束窄河床或导流明渠通航，施工中后期则利用永久船闸或修建临时船闸通航。

对于现状航道等级不高或货运量不大的河道上的中小型低堰闸坝水电站工程而言，利用永久船闸或修建临时船闸通航，虽施工期通航有保证，但常导致电站发电工期推迟或增加工程投资。

探索适应该类型水电站工程的二期施工期通航方式，做到基本不影响航运，更能尽早发挥电站发电效益，一直是施工导流设计的重点之一。

资水作为湖南省四大主要河流之一，柘溪电站以下河段常年通航，规划为Ⅴ级航道;现状通航等级为Ⅵ级，无客运，货运船舶为100 t级及以下货船，其中桃江县以下河段年通航量近100万t，安化县城以上河段年通航量则不足20万t。

柘溪电站水库为季调节水库，通航建筑物为50 t级升船机。

近几年在资水柘溪电站以下干流河段建成的修山、东坪和株溪口3座低水头电站，二期施工期通航均进行了闸孔通航方式的尝试，不仅保持了该河段航道施工期的基本畅通，并取得了较显著的经济效益。

1 修山电站施工期闸孔通航1.1 工程概况修山电站是柘溪电站以下资水河段规划的第5个梯级，位于桃江县境内。

坝区右岸附近有省道通过，左岸有机耕道通过;坝址处河床宽达600 m，天然主航道位于河道右侧，河床高程31.5～34.7 m，多年平均流量 711 m3/s，相应水位为36.1 m。

枢纽工程主要由溢流坝、电站厂房和船闸组成。

电站厂房位于河床右侧，装机容量5×13 MW;永久船闸位于左岸，为Ⅴ级船闸，设计吨位300 t;溢流坝位于河床中部，为低堰闸坝，堰型为 WES堰，堰顶高程35.5 m，设24孔14 m×8 m（宽×高）弧形闸门。

1.2 施工导流修山水电站坝址处河床宽阔，施工导流设计在保证电站第1台机组发电工期的前提下，按照二期施工期断航、利用永久船闸通航及闸孔通航3种方式，比较了一期同时围两岸、一期先围右岸等多个分期导流方案，推荐采用一期先围右岸、二期利用闸孔通航的导流方案，即:一期先围右岸电站厂房及13孔溢流坝，由疏挖后的左岸束窄河床过流和通航，一期河床束窄度为57%;二期围左岸船闸及余下的11孔溢流坝，同时电站厂房在单独的围堰保护下继续施工，由河床右侧已建成的10孔闸坝泄流，其中一期已建闸坝预留部分梳齿孔通航，后期封堵通航梳齿孔，封堵期间由永久船闸通航。

通航梳齿孔封堵施工在上游检修钢闸门、下游枯期土石围堰保护下施工。

1.3 施工期闸孔通航闸孔通航需要合适的流速、流态等水力学条件，最小通航水深按照满足船舶设计吃水且闸孔航道断面系数不小于6的原则，初拟修山电站闸孔通航水力学参数为:纵向流速不大于3.5 m/s，横向流速不大于0.3 m/s，水深不小于2.2 m，过闸水流为淹没出流，过闸水位差不大于0.5 m。

因溢流坝堰顶高程35.5 m，常水位时闸孔内最小水深仅0.6 m，二期10孔闸坝过流的水力条件不能满足闸孔通航要求。

为此，通过对溢流坝预留梳齿孔高程、数量的技术经济比较，选择原天然主航道附近的3～5号溢流坝共3孔作为通航梳齿孔，梳齿高程32.5 m;同时为改善闸孔上下游通航水流条件，在通航闸孔上下游200 m范围内，疏挖了一条宽46 m的临时航道，上游临时航道疏挖底板高程不高于32.5 m，下游临时航道疏挖底板高程到32.5 m左右。

经计算，闸孔最小通航流量218 m3/s，最大通航流量1 310 m3/s，相应通航保证率为81%。

水工模型试验表明，各级通航流量下，梳齿孔内的最大纵向流速、集中落差、水深均满足通航要求，且航道中的横向流速小于0.3 m/s。

由于3号闸孔右侧有电站厂房全年纵向围堰，该孔及其上下游的水流流态相对好于4，5号闸孔，选择3号闸孔梳齿孔作为主要通航孔。

二期闸孔通航布置见图1。

图1 修山水电站二期通航布置示意为确保闸孔通航安全，在通航闸孔两侧闸墩上设置防撞设施，闸孔上下游安装引航指示灯，并在临时航道内布置航标以及航标维护管理和安全监督管理设施。

修山水电站于2004年10月开工后，2005年10月实现了二期截流，2006年8月第1台机组发电、船闸同时通航。

自2005年10月至2006年8月，经统计由溢流坝预留梳齿孔通航的天数约217 d，虽未采取助航措施，闸孔实际通航保证率仍达到74%。

修山电站施工期的通航实践表明，闸孔通航基本能够满足该河段施工期通航要求，技术上是可行的，更是经济的。

若5号闸孔左侧上下游设导墙，通航闸孔净宽加大至16 m，其余闸孔堰顶高程再适当降低，闸孔通航条件可进一步改善，通航保证率还可提高。

2 东坪电站施工期闸孔通航2.1 工程概况东坪电站是柘溪电站以下资水河段第1个梯级，坝址上距柘溪电站河道距离约9.5 km。

东坪电站为柘溪电站的反调节水库，正常蓄水位下的库容为1 950万m3。

枢纽布置格局为右岸船闸、中部溢流坝、左岸电站厂房。

溢流坝为低堰闸坝，堰型为折线型实用堰，孔口净宽14 m，堰顶高程86.5 m。

电站装机容量4×18 MW，船闸设计吨位300 t。

坝区左岸为安化县城沿江大道，右岸无道路。

坝址处河床宽340 m，天然主航道位于右侧河床，天然主河床底高程为85～88 m，下游河道疏挖设计高程为85 m。

工程于2004年11月开工，首台机组已于2007年3月投产发电，永久船闸2007年6月投入运行。

2.2 施工导流东坪电站施工导流采用分期导流方式。

该工程不具备一期同时围两岸的条件，而采用一期围右岸船闸和部分闸孔的导流方案，发电时间至少推迟1 a。

为争取工程尽早发挥发电效益，采用一期围左岸电站厂房的施工导流方案，即:一期围左岸电站厂房及左侧8孔闸坝，利用右侧束窄河床过流和通航，一期河床束窄度为55%;二期围右岸船闸及余下的7孔闸坝，由已建的左侧8孔闸坝过流，电站利用二期围堰挡水发电，二期闸孔通航布置见图2。

图2 东坪水电站二期通航布置示意2.3 施工期闸孔通航东坪电站坝址处河段过往船舶绝大部分通过柘溪电站斜面升船机，近年来由于资水航运萎缩，坝区河段航行的船舶主要为机帆船和机动驳，吨位在50 t以内，最大吃水深度1.1 m，年通航量已不足20万t。

因此，初步设计阶段选定二期施工期断航，少量的过坝货物采用陆路转运方式解决。

在工程实施过程中，当地有关部门提出的二期断航补偿费用较多，设计对二期施工期通航方案又进行专题论证，提出了临时船闸通航和闸孔通航两个方案。

（1）临时船闸通航方案。

根据湘江干流近尾州电站经验，将临时船闸布置于靠近天然主航道附近的8号闸孔处。

经计算，临时船闸设计通航流量100～1 100m3/s。

该方案对航运有利，电站发电也不受通航影响，但需近1 000万元投资。

显然，对运行期仅9个月、年运量不足20万t航运过坝设施，临时船闸方案代价太大。

（2）闸孔通航方案。

一期导流所围的左岸闸孔中，靠近电站厂房的1～3号闸孔下游设护坦，护坦高程83.5 m，4～8号闸孔下游设消力池，消力池底高程81 m，尾坎高程83 m，疏挖后的下游河床高程85 m。

为使水力条件满足通航要求，降低堰顶高程预留梳齿孔通航是一种可行方式。

由于左岸8孔闸坝溢流面已施工，且梳齿孔通航与电站利用围堰挡水发电相互冲突，预留梳齿孔通航方式予以放弃。

直接利用闸孔通航是在电站利用二期围堰挡水发电期间，通过闸坝弧门控制，放空水库后由闸孔通航。

按照施工进度计划，闸孔通航基本处于枯水、平水季节，其间柘溪电站斜面升船机一般每半个月运行1次，且该工程水库库容小，水库放空后进行通航对利用二期围堰挡水发电的影响不太大。

为保证闸孔过流水力指标满足通航要求，采取以下工程措施:①将电站厂房尾水导墙延长至一期下游横向围堰处，并临时加高至88.2 m高程;② 在一期闸坝下游消能设施末端设潜坝，潜坝顶高程86 m;③将一期闸坝下游横向土石围堰拆除至85.5 m高程（原河床高程）。

按照纵向流速不大于3.5 m/s，横向流速不大于0.3 m/s，最小通航水深按照满足船舶设计吃水且闸孔航道断面系数不小于6的原则，最小通航水深确定为不小于1.5 m，过闸水流为淹没出流，过闸水位差不大于0.5 m的闸孔通航水力参数，计算出闸孔通航设计流量为350～550 m3/s。

闸孔通航方案采取的上述工程措施简便可行，工程措施投资约20万元;虽通航保证率低，但由于有柘溪电站调度控制，仍能满足坝址河段过坝航运要求，且电站发电受闸孔通航影响也不太大。

因此有关各方均同意闸孔通航方案。

二期闸孔通航实施时未设助航设施。

为减少流速，将靠近纵向围堰一侧长约20 m 的一期下游横向围堰拆除高程由85.5 m提高至约87 m，使8号闸孔内及其下游的流速与水面纵向坡降相对较小，上行船舶从8号闸孔通过，上行实际通航流量为500～700 m3/s，船舶上行较为顺利。

下行船舶从1号闸孔通过，由于船舶下沉值较大，为满足通航要求，下行实际通航流量增大至600 ～900 m3/s，水深1.7 ～2.1 m，下行最大流速达到4 m/s。

下行流速的加大，增大了船舶操作难度，加之有个别船主违反通航安全规章，通航初期下行曾发生一起海事事故。

随后加强了闸孔通航安全措施，并强化管理，此后再未发生过海事事故。

实践证明，东坪水电站复杂条件下的闸孔通航是成功的。

3 株溪口电站施工期闸孔通航3.1 工程概况株溪口电站上接东坪电站，枢纽布置格局为左岸船闸、中部溢流坝、右岸电站厂房。

溢流坝为平底宽顶堰，闸孔净宽17.5 m，堰顶高程77 m;船闸设计吨位300 t;电站厂房装机容量4×18.5 MW。

坝区右岸有省道通过，左岸交通不便;坝址处河床宽330 m，天然主航道位于右河床，河床底高程76.8～78.4 m，下游河道疏挖底高程76 m。