沉沙池方案設(shè)計報告

1、.1大盈江四級水電站工程概況1.1概述大盈江屬伊洛瓦底江水系，流域位于東經(jīng)97339835、北緯24252538之間，河流發(fā)源于云南省騰沖縣境西北部中緬國界附近的尖高山，由北向南流，源頭由大岔河、膽扎河和輪馬河組成。中游稱檳榔江，流經(jīng)騰沖、梁河、盈江等縣境，于盈江縣新城附近納入南底河后稱大盈江。大盈江在洪蚌河口流出國境進入緬甸，在緬甸巴莫附近匯入伊洛瓦底江。大盈江全長189.3km，平均比降10.1，國內(nèi)流域面積5859km2。大盈江水電站（四級）位于德宏州盈江縣境內(nèi)的大盈江干流上，壩址位于大盈江下游河段38號樁以上約500m處，壩址控制流域面積5652km2，壩址多年平均流量244m3/s。

2、廠址位于洪蚌河口與大盈江匯口上游約1km處，控制流域面積5888km2。開發(fā)利用河段長約16.6km，平均比絳19.23。電站廠房距盈江縣城的公路里程約78km，距昆明市的公路里程約812km。電站施工期交通條件較好，對外公路主要有兩條，一條為：昆明楚雄大理保山（大官市）騰沖梁河盈江大盈江四級水電站。另一條為：潞西梁河大盈江四級水電站。鐵路主要為：昆明大理二級鐵路，該段鐵路可通過成昆鐵路、貴昆鐵路、南昆鐵路和內(nèi)昆鐵路與全國鐵路聯(lián)網(wǎng)。本電站是以發(fā)電為主要任務(wù)，無防洪、灌溉及航運等其他要求。正常蓄水位高程585.00m，相應(yīng)庫容約15.99104m3，最大壩高34.0m，屬引水式電站，裝機規(guī)模為7

3、00（4175）MW。根據(jù)水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標準（DL5180-2003）規(guī)定，確定大盈江水電站（四級）的工程規(guī)模為大（2）型，工程等別分二等。根據(jù)水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標準（DL5180-2003）中5.0.7規(guī)定，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證，將首部擋水、泄水主要建筑物級別降低一級。電站主要建筑物級別：引水發(fā)電系統(tǒng)主要建筑物為2級，次要建筑物3級，臨時建筑物為4級；首部樞紐擋水不及泄水主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。根據(jù)云南省地震工程研究院完成的云南省德宏州大盈江第四級水電站攔河大壩工程場地地震安全性評價報告成果，工程場地50年超越概率為10%；100年超越

4、概率為2%，地震動峰值加速度分別分0.127g和0.277g，工程區(qū)相應(yīng)的地震基本烈度為度。電站保證出力92.21MW，年發(fā)電量34.18億kW.h ，年利用小時4883h，電站供電范圍為云南省，直接接入云南省網(wǎng)，參與全省電力電量平衡。1.2工程總體布置樞紐建筑物主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐三部分組成，主要建筑物有混凝土重力壩、壩后消力池、豎井式進水口、引水隧洞、上游調(diào)壓井、壓力鋼管道、地面廠房等。首部樞紐為混凝土溢流壩，最大壩高34.0m，壩頂高程569.50，壩頂長度93.75m；壩身由左至右依次為；左非溢流壩段、左泄洪沖沙閘、河中溢流堰、左泄洪沖沙閘和右岸非溢流壩段，壩后為消力池，

5、壩身泄洪建筑物的下泄水流均進入池內(nèi)消能。在右岸布置了右岸泄洪沖沙（兼導(dǎo)流）洞；左岸非溢流壩段布置有一條生態(tài)流量放水鋼管，泄放生態(tài)流量24.5m3/s。電站引水系統(tǒng)布置在河流右岸，采用折線布置方案，由進水口、引水隧洞、調(diào)壓井及壓力鋼管道組成。電站進水口為豎井式；引水隧洞總長13.977km；調(diào)壓井為差動式，大井尺寸15m；調(diào)壓井后接兩條直徑D=5.2m的壓力鋼管道，在壓力鋼岔管后分岔為D=3.6m的支管，壓力鋼管道路總長874.634m .廠房為地面廠房，位于大盈江右岸洪蚌河口上游約1km的緩坡臺地上。主、副廠房順河邊布置，機組縱軸線方位角為NE812716，內(nèi)裝4臺175MW的混流式水發(fā)電機組

6、，總裝機容量700MW。電氣副廠房、主變層及GIS廳布置在主廠房的上游側(cè)，出線場布置在GIS廳的屋頂；控制樓布置在安裝場的上游側(cè)，水機副廠房布置在主廠房的下游側(cè)。1.3任務(wù)來源2009年8月，4臺機組全部投產(chǎn)，電站投產(chǎn)運行后由于大盈江汛期泥沙含量多，硬度大，機組磨損嚴重，2010年2月，受業(yè)主委托進行沉沙池設(shè)計研究，并于2010年2月25日簽訂了大盈江四級水電站防沙沉沙建筑物設(shè)計合同。 擬建沉沙池布置于引水隧洞新3#支洞附近，阿崗河對岸一相對平緩地上。2基本資料2.1水文氣象大盈江流域?qū)賮啛釒夂颍饕芪髂吓瘽駳饬骱臀鞑扛膳瘹饬鞯挠绊?，水汽充沛，干、濕季?jié)分明。由于流域內(nèi)山脈縱橫，地勢高差明

7、顯，形成復(fù)雜多變的氣候特征，并且氣候垂直變化顯著。氣候要素隨海拔高度變化，氣溫自北向南遞增，多年平均氣溫在14.919.3之間。年蒸發(fā)量從上游高海拔地區(qū)至下游低海拔遞增。流域北部、西部中緬邊境分水嶺一帶為極多雨區(qū)，年降水量可達3000mm4000mm，其它地區(qū)為多雨區(qū)，年降不量約為1400mm2000mm左右。其中，盞西站、下拉線（拉賀練）、38號界樁以上流域多年平均降水量分別為2455mm、2071.7mm、2050.1mm。大盈江流域內(nèi)氣象特征值統(tǒng)計見表2-1表2-1大盈江流域氣象特征統(tǒng)計項 目騰沖梁河盈江年平均氣溫（）14.918.319.3極端最高（）30.53436.8極端最低（）-

8、4.2-1.7-1.2平均相對濕度（%）798080年蒸發(fā)量(mm)1589.71825.41929.9年降水量(mm)1477.91384.71507.9最大日降水量(mm)93.2121.8123.8日降水量大于10mm日數(shù)（天）48.444.347.8日降水量大于25mm日數(shù)（天）13.814.916.3平均風(fēng)速（m/s）1.62.31.2最多風(fēng)向SSWWSWSW由于流域的地理位置處于低緯度，影響流域暴雨的天氣系統(tǒng)復(fù)雜。雨季受西南濕氣流控制，以低槽型暴雨為最多，其次為孟加拉灣低壓邊緣型暴雨。一次暴雨籠罩面積小，歷時較短，多數(shù)為單一的非連續(xù)性暴雨。2.1.1徑流特性大盈江流域徑流來源于降水

9、，流域內(nèi)降水量豐沛，植被良好，地下水豐富，產(chǎn)水量較穩(wěn)定，為多水地區(qū)，流域內(nèi)降水一般上游大于下游。徑流與降水量的年際變化及年內(nèi)分配是相應(yīng)的，6月10月徑流量占年徑流總量的72%75.9%，實測最大年平均流量與實測最小年平均流量比值在1.801.96之間，說明徑流年際變化不大。2.1.2洪水特性大盈江流域洪水由暴雨形成，年最大洪峰多發(fā)生在6月10月，其中發(fā)生在7月最多，占7.1%以上。大盈江上下游洪水發(fā)生時間較相應(yīng)，洪水過程也比較對應(yīng)，但洪水序位不盡相同，拉賀練站年最大洪峰流量與最小洪峰流量之比為3.35，洪水年際變化不大。2.2泥沙2.2.1產(chǎn)沙概況大盈江全長189.3km，平均比降10.1，國

10、內(nèi)流域面積5859km2。整個流域以山地為主，高山丘陵占80%，耕地面積占20%，森林植被好的面積約占50%。其中干流上游檳榔江流域植被覆蓋率高，水流清澈，含沙量小。但支流南底河流域中下游，水土流失嚴重。梁河壩區(qū)，水流含沙量大。最為突出的是盈江、梁河兩縣交界的南底河渾水溝河段的大斷裂帶，泥石流十分嚴重。盈江壩子是流域內(nèi)最大的沖積型寬谷平壩，大盈江由東北向西南穿過盈江壩區(qū)，河道寬度可達400m900m，河床比降小，泥沙沉積，河床不斷抬高，局部河段河岸不穩(wěn)，受洪水沖刷塌岸現(xiàn)象較為常見。到壩區(qū)西端，被夾江對立的虎跳石攔住，兩石間河寬僅8m，當洪水流量較大時，由于虎跳石卡口的作用，盈江壩區(qū)河道水位壅高

11、，水流流速變緩，泥沙大量淤積，虎跳石以下至中緬邊界38號界樁段為峽谷河段，河槽深切，基巖裸露，水流湍急，河床組成以卵石、漂石為主，常見大孤石，2000年8月13日，二級（匯流電站）廠房發(fā)生泥石流災(zāi)害，至今河道內(nèi)仍有大量的泥石流堆積物。盈江屬于梁河盈江地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)，該區(qū)地處滇西高原的中部，以中山寬谷地貌為主，山頂海拔在2500m 左右，相對高差1000m2000m，大于25陡坡地占分區(qū)面積48%左右，本區(qū)新構(gòu)造活動極為強烈，大盈江孤形活動斷裂斜貫全區(qū)，喜山期安山巖、玄武巖大面積分布，物理和化學(xué)風(fēng)化作用均較強烈，大盈江支流及盈江盆地邊緣地帶滑坡、泥石流密集，僅大盈江沿岸就有泥石流溝116條，沿岸

12、村寨、農(nóng)田及交通受到嚴重危害。大盈江流域是本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害嚴重危害地段。根據(jù)2000年云南土壤侵蝕遙感調(diào)查報告，大盈江流域騰沖、梁河、盈江等縣水土流失總面積與1987年相比均有所減少，但減少的面積集中在輕度侵蝕，中度侵蝕面積有明顯增加，除盈江縣外，其它各縣強度侵蝕面積增加，而盈江縣強度侵蝕面積有大幅度的減少。極強度、劇烈侵蝕面積各縣略有增加。極強度、劇烈侵蝕面積主要分布在騰沖縣荷花鄉(xiāng)的南菁河，喇叭河、黃瓜箐一帶的泥石流溝，盈江縣南底河左岸以及渾水溝泥石流區(qū)域。2.2.2水文站沙量大盈江上有下拉線、拉賀練水文站測沙，兩水文站測沙情況見表2.2-1。兩水文站測沙時間銜接。在下拉線站測驗時段內(nèi)，大盈江的

13、主要支流南底河時有泥石流、滑坡發(fā)生，上世紀七十年代末開始對泥石流、滑坡進行整治，水土流失情況有所好轉(zhuǎn)。下拉線站實測資料反映的是1980年以前產(chǎn)沙較大的情況，且控制流域面積小于拉賀練站，故該站只作為參證站。拉賀練站流域面積占壩址流域面積的74.8%，1979年建站，1980年1月開始測沙，至2004年12月已有25年的連續(xù)實測泥沙資料，滿足規(guī)范要求的實測系列長度，故將其作為泥沙設(shè)計的基本依據(jù)站。拉賀練站實測最大年輸沙量為817104t（2004年），最小年輸沙量為98.6104t（1994年），最大年沙量與最小年沙量之比為8.3。各年最大含沙量出現(xiàn)時間分布于6月10月。拉賀練站多年平均泥沙特征值

14、見表2.2-2表2.2-1水文站測沙情況簡表站名所屬河流流域面積測流時間測沙時間下拉線大盈江4012km21954.5年至今1957年至1980年（部分缺測）拉賀練大盈江4225km21979年至今1980年至今表2.2-2拉賀練站多年平均水沙特征值表 單位:流量-m3/s 輸沙率-kg/s 含沙量-kg/m3 沙量-104t 比例-%年月123456789101112平均6-10月流量79.670.062.955.589.3246433383308268158100189328水量比例3.582.872.832.424.0210.7319.5017.2613.4012.056.894.521

15、0072.94輸沙率6.735.465.537.4246.11582791981499626.97.7782.7176含沙量0.0850.0780.0880.1340.5160.6420.6440.5170.4840.3590.1700.0770.4390.537沙量1.801.321.481.9212.440.974.853.038.625.76.972.08261233沙量比例0.690.510.570.744.7315.6628.6720.3214.89.852.670.810089.3注：本表中拉賀練站流量為與泥沙系列同步的1980年2004年成果。2.2.3壩址懸移質(zhì)沙量大盈江四級壩

16、址控制流域面積為5652km2，根據(jù)拉賀練水文站泥沙成果，采用面積比推求大盈江四級電站壩址懸移質(zhì)沙量，成果見表2.2-3。由表可知，流量、輸沙量、含沙量多年月平均最大值出現(xiàn)在7月份。流量多年月平均最小值出現(xiàn)在4月份，輸沙量多年月平均最小值出現(xiàn)在2月份。壩址多年平均輸沙率為111kg/s，懸移質(zhì)沙量為349104t，含沙量為0.446kg/m3，輸沙模數(shù)為617t/km2.a，來少集中于汛期，6月9月沙量占全年的79.45%，6月10月沙量占全年的89.30%。表2.2-3大盈江四級電站壩址多年平均水沙特征值表單位:流量-m3/s 輸沙率-kg/s 含沙量-kg/m3 沙量-104t 比例-%年

17、月123456789101112平均6-10月流量10592.783.373.5118326573507408354209133249435水量比例3.602.882.842.434.0310.7719.5717.3213.4612.106.914.5410073.22輸沙率9.007.317.409.9361.721137426519912836.010.4111236含沙量0.0850.0790.0890.1350.5220.6470.6520.5220.4880.3610.1720.0780.4460.543沙量2.411.771.982.5716.554.710071.051.734.

18、49.332.78349312沙量比例0.690.510.570.744.7315.6628.6720.3214.809.852.670.8010089.30注：本表中大盈江四級壩址流量為與泥沙系列同步的1980年 2004年成果2.2.4壩址堆移質(zhì)沙量大盈江上各水文站均無實測推移質(zhì)資料?？紤]到本工程位于盈江壩子以下，采用推懸比5%估算壩址推移質(zhì)輸沙量，其成果為17.45104t 。2.2.5泥沙級配采用2003年拉賀練水文站的沙包進行懸移質(zhì)泥沙級配分析，得到拉賀練站平均顆分成果為：d50=0.052mm, dm=0.368mm，顆分曲線見圖2.2-1。昆明院2004年12月在大盈江庫中、庫尾

19、共取樣4組進行河床質(zhì)取樣、篩分實驗。綜合計算后，得到庫區(qū)河床質(zhì)平均顆分成果：d 50=46.0mm, dm=70.3mm，顆分曲線見圖2.2-2。2.2.6礦物成份采用2003年拉賀練水文站的沙包進行了礦物成份分析，經(jīng)分析，硬礦物（摩式硬度大于5）成份主要有石英、斜長石、長石、砂巖巖屑、金紅石、磁鐵礦、鉀長石等，硬礦物含量統(tǒng)計成果見表2.2-4。表2.2-4 拉賀練站泥沙硬礦物含量統(tǒng)計表粒徑組1mm10.5mm0.50.25mm0.250.1mm0.10.05mm0.050.025mm0.20m，屬較發(fā)育。工程區(qū)地下水類型主要為基巖裂隙水，但河床和山坡局部覆蓋層內(nèi)有第四系松散巖類的孔隙水?；鶐r

20、裂隙水主要分布于變質(zhì)巖裂隙中，一般埋藏深度10m50m，含水量較豐富，沖溝內(nèi)多有流水，局部地形陡峻的巖壁上也有滲水。山坡巖體風(fēng)化不深，巖體風(fēng)化韻律明顯，全風(fēng)化帶厚度10.4m 15.5m，強風(fēng)化帶厚度7.4m19.0m。沉砂池地基巖體以弱風(fēng)化巖體為主，巖體總體強度高，可以作為沉砂池地基。但巖體中由于節(jié)理中等發(fā)育較發(fā)育，巖體塊度偏小，巖體中局部存在節(jié)理密集帶，節(jié)理密集帶會使局部巖體的完整性和強度有所降低，需進行工程處理。初步分析：N1540W，SW5070的陡傾角的結(jié)構(gòu)面與N4050W ，SW2030的緩傾角結(jié)構(gòu)面組合后易在沉砂池開挖后形成的邊坡內(nèi)局部形成不穩(wěn)定的塊體。由于下部強風(fēng)化巖體較厚，邊

21、坡以強風(fēng)化和弱風(fēng)化為主，巖體總體穩(wěn)定性較好，但應(yīng)注意局部強風(fēng)化巖體中可能產(chǎn)生的失穩(wěn)。在約600m高程以上分布有厚度較大的坡積層，坡積層以塊石為主形成骨架，孔隙間充填細粒土，底界較為平穩(wěn)，天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)。目前僅在局部山坡上有少量的坍滑。沉砂池開挖時將挖除部分坡積層的前緣，邊坡開挖后由于塊石的骨架作用，仍具一定的穩(wěn)定性，但若開挖過陡，開挖后坡積層的土質(zhì)邊坡可產(chǎn)生牽引式的失穩(wěn)，開挖時應(yīng)放緩邊坡。因此沉砂池開挖后應(yīng)重視邊坡上部存在的松散堆積物和局部巖體的不穩(wěn)定問題。沉砂池開挖邊坡穩(wěn)定坡比建議值如下：地表覆蓋層及全風(fēng)化巖體邊坡 1：1.2強風(fēng)化巖體邊坡 1：0.75弱風(fēng)化巖體邊坡 1：0.34.

22、2漏斗沉沙池方案 該沉沙池在運行時采用不連續(xù)沖沙。沖沙時也不停止發(fā)電。它是利用電站負荷小時多余的流量沖沙。沖沙時打開沖沙閘，泥沙在重力的作用下，從漏斗底部偏心的底孔自動沖出，同時，由于底孔的偏心和邊壁作用，將會使沖沙水流漏斗不對稱，產(chǎn)生較強的環(huán)流，從而在底層水體中形成螺旋水流，沖刷邊壁上的淤沙。以達到?jīng)_沙的目的。漏斗沉沙池采用間歇沖沙，在汛期含沙量大時，間歇時間應(yīng)縮短，以避免出現(xiàn)沖沙廊道堵塞的情況。沖沙間歇時間通常需要根據(jù)模型試驗成果綜合考慮確定，并在工程運行中根據(jù)情況加以修正、調(diào)整。漏斗沉沙池設(shè)計的主要技術(shù)路線，考慮電站為“大裝機，小庫容”的實際情況，調(diào)節(jié)庫容僅為3.58104m3。因此設(shè)計

23、中要求充分利用地形條件，在滿足規(guī)范要求的泥沙沉降率的情況下，盡可能利用地形加大沉沙池的調(diào)節(jié)水量，以增加電站出力。4.2.1漏斗沉沙池主要控制尺寸的擬定為了充分結(jié)合地形條件擴大沉沙池的庫容，初擬沉沙池的工作寬度為130m。由前述所知，考慮雙洞并行運行，沉沙池正常運行水位為580.560m，初擬沉沙池正常工作水深為26.68m，因此工作段的平均流速為v=366（13026.68）=0.106m/s0.25m/s,可滿足沉降0.25mm粒徑以上泥沙的要求。初擬沉沙池首端工作水深Hp=26.68m，池廂首端流速Vsd=0.106m/s，沙粒沉降速度按L=HpVsd/估算。沉沙池工作段長度Lp=KL，其

24、中K=1.21.5,本階段取1.5，即Lp=191.13m。由此可見，當沉沙池工作段長度大于191.13m時均能使泥沙沉降滿足規(guī)范要求?？紤]到有“盡量增大調(diào)節(jié)庫容”的要求，本工程結(jié)合沖沙溝位置串聯(lián)布置兩個邊長約為150m130m(長寬)的長方形漏斗，該漏斗即為沉沙池的工作段，工作段長度L=1502=300mLp。在漏斗的正下方，布置一倒置的圓臺，上底半徑Rs=15m，下底半徑Rx=5m，圓臺高10 m。在圓臺底部偏向上游，布置一管徑=1.5 m的沖沙隧洞。沖沙隧洞以半徑R=13.75 m，豎向轉(zhuǎn)90后，以約2%的陡坡把泥沙排入大盈江。據(jù)規(guī)范并結(jié)合本工程實際，取沉沙池設(shè)計最小沉降粒徑為0.25m

25、m。沖沙流量按過池流量的8%計，即過池流量為366m3/s。Q沖=0.08366=29.28 m3/s考慮到適當加大沖沙流量，對縮短沖沙歷時、提高沖沙效果有利，故本階段略微偏大取值為30 m3/s。待下階段進行沉沙池水工模型試驗后，根據(jù)實驗成果再做調(diào)整。4.2.2漏斗沉沙池的布置沉沙池進口處兩隧洞平行布置，兩洞間距為35 m。原隧洞與沉沙池連接段隧洞在引3+207.888處與原隧洞相接，洞底高程557.566 m，以i=6.614的正坡至沉沙池進門。沉沙池進口寬64.52m，下設(shè)進口擴散段，由于受地形限制，出于降低隧洞長度及減少開挖考慮，擴散段中心線與沉沙池工作段中心線呈折線布置，中心線夾角為

26、10。擴散段中心線長97.723 m，為減小開挖，降低邊坡高度，兩側(cè)擴散角均采用18，較規(guī)范規(guī)定的“單側(cè)擴散角不宜大于12”偏大。擬在下階段模型試驗中，通過加設(shè)整流設(shè)施予以解決。漏斗沉沙池設(shè)有下游連接段，該段位于沉沙池工作段下游，并在下游連接段山體內(nèi)側(cè)設(shè)置與首部同規(guī)模的雙洞進水口。由于下游側(cè)山體在660.000m以上地形較陡，為降低開挖，初擬該段長50m。該段前20m底板設(shè)i=2%底坡，坡向漏斗工作段，其后接5m平臺（高程554.400m），平臺上增設(shè)攔沙坎，以防止工作段泥沙進入進水口，平臺后設(shè)置進水口；由于該段水深淺，不能滿足進水口的淹沒深度要求，因此，在進水口前沿局部降低底板高程到545.500m以滿足進口淹沒水深的要求，進水口底板與554.400m平臺間設(shè)置1：2底坡連接段。進水口后設(shè)有事故檢修閘門，以便必要關(guān)閉，進行沉沙池下游隧洞的檢修、維護。雙洞進水口在進洞后70.42m處匯合為一條內(nèi)徑8.5m的隧洞，在匯合點后228.09m處以半徑R=45m，轉(zhuǎn)157后在引4+204.684處與原引水隧洞相接。下游連接段最低水位按不低于下游新老洞結(jié)合點的洞頂高程確定為563.300m。為了合理的利用現(xiàn)有地形進行堆渣，在沉沙池工作段山體外側(cè)布置棄渣場，渣場底部順河道方向修建6m高漿砌石欄渣壩，從下至上采用1：1.9、1:：2、1