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word版小浪底枢纽工程解读

枢纽工程

来源：

小浪底网发布日期：

2021-09-2715:

24:

08

一、工程所处地理位置

小浪底水利枢纽位于三门峡水利枢纽下游130公里、河南省洛阳市以北40公里的黄河干流上，控制流域面积万平方公里，占黄河流域面积的92.3%。

坝址所在地南岸为孟津县小浪底村，北岸为济源市蓼坞村，是黄河中游最后一段峡谷的出口。

二、工程规模

小浪底水利枢纽坝顶高程281m，正常高水位275m，库容亿m3，淤沙库容

亿m3，长期有效库容51亿m3，千年一遇设计洪水蓄洪量亿m3，万年一遇校核洪水蓄

洪量亿m3。

死水位230m，汛期防洪限制水位254m，防凌限制水位266m。

防洪最大泄

量17000亿m3/s，正常死水位泄量略大于8000m3/s.

小浪底水库正常蓄水位时淹没影响面积

，施工区占地

，共涉及河南、

山西两省的济源、孟津、新安、渑池、陕县、平陆、夏县、垣曲

8县〔市〕

33个乡镇，动

迁年移民

20万人。

三、水文地质条件

小浪底水利枢纽建设前的坝址地貌

一〕径流

由于受地形、气候、产流条件的影响，黄河径流的地区分布很不平衡。

大局部径流来自

兰州以上及龙门到三门峡区间。

受大气环流和季风的影响，黄河径流的年际变化较大，年内分配很不均衡。

干流及较大

支流汛期径流量占全年的60%左右，每年3月份-6月份，径流量只占全年的10%-20%。

小浪底水利枢纽控制黄河90%的水量。

〔二〕洪水

黄河流域的洪水主要由暴雨形成，发生时间为6-10月，其中大洪水和特大洪水的发生

时间，兰州以上一般在7月-9月，三门峡-花园口之间在7月中旬到8月中旬。

黄河洪水的洪峰形式，上游为矮胖型，洪水历时较长，洪峰较低。

中游洪水形式为高瘦

型，洪水历时较短，洪峰较高。

（三）凌汛

黄河下游河道呈东北向流入渤海。

一般元月初开始封河，二月底开河。

由于纬度的差异，

山东河段比河南河段早十天左右封河，晚二十天左右开河。

封河期因冰凌阻水，泄流不畅，

增加河道槽蓄水量；开河期上段先开，冰水及前期槽蓄水量一起下泄，由于下段尚未解冻，

容易形成冰塞、冰坝，水位升高很快，造成凌汛。

同时，由于黄河下游河道上宽下窄，封河

期槽蓄量大局部集中于上段，下段河段窄而多弯，容易卡凌雍水，更加重凌汛的威胁。

〔四〕泥沙

黄河径流的泥沙含量居世界首位，多年平均含沙量，多年平均输沙量

亿T。

在一年之中，泥沙主要集中在汛期，干流站7-9月沙量占全年沙量的80%左右，支流

站接近100%；汛期沙量又集中在几次暴雨洪水之中。

黄河泥沙约有1/4沉积在下游河床，

致使下游河床每年以10cm速度抬高。

小浪底水利枢纽控制近100%的沙量。

〔五〕地质

小浪底工程坝址河床覆盖层最深达70余米。

坝址区为二叠纪和三叠纪沉积的砂岩、粉

砂岩和粘土岩交互地层。

岩层以8?

-12?

的缓倾角倾向北东，并含有连通性很好，磨擦系数f

、的泥化夹层。

岩体断裂构造及节理裂隙发育，横穿坝下的F1及左

岸F28、F236、F238等大断层均与枢纽建筑物有密切关系，断层和节理裂隙均为

80?

左右的

高倾角，且大局部断层呈上下游方向展布。

左岸山体由于沟道切割形成了薄弱分水岭，水库蓄水后存在稳定问题。

近坝区右岸包括右坝肩有多处大的滑坡和倾倒变形体。

坝址区根本地震烈度为7度。

四、工程开发任务

小浪底水利枢纽开发任务以防洪、防凌、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电，除害兴利，

综合利用。

〔一〕防洪、防凌

水文气象资料分析说明，黄河可能出现55000m3/s的特大洪水，即使经过三门峡、陆浑、

故县等水库拦蓄后，花园口站的洪峰流量仍将到达42000m3/s。

黄河下游防洪工程的设防标

准仅为22000m3/s〔花园口站〕，不到百年一遇。

三门峡水库对控制凌汛期流量起到了一定的作用，但由于可利用库容过小，防凌效果有限。

小浪底水利枢纽与已建的三门峡、陆浑、故县水库联合运用，并利用东平湖分洪，可使

黄河下游防洪标准提高到千年一遇。

千年一遇以下洪水不再使用北金堤滞洪区，减轻常遇洪

水的防洪负担。

与三门峡水库联合运用，共同调蓄凌汛期水量，可根本解除黄河下游凌汛威胁。

黄河下游防洪体系

〔二〕减淤

小浪底水利枢纽利用淤沙库容沉积泥沙，可使黄河下游河床20年内不淤积抬高。

非汛期下泄清水挟沙入海以及人造峰冲淤，对下游河床有进一步减淤作用。

黄河下游堤防

〔三〕供水、灌溉

黄河下游控制灌溉面积约4000万亩，每年平均实灌面积1760万亩，年引水量80~100

亿m3，由于黄河来水丰枯不匀，又缺乏足够的水量调节能力，灌溉用水保证率仅32%。

二十世纪七十年代以来，沿河工农业迅猛开展，城市供水需求急剧增长，山东利津至入海口河段

几乎每年断流，水资源供需矛盾十分突出。

小浪底水利枢纽可减少下游断流的机率，平均每年可增加20亿m3的调节水量，满足下游灌溉与城市用水，提高灌溉保证率。

〔四〕发电

小浪底水利枢纽装机6台，每台30万kw，总装机容量180万kw，额定水头112m，是

河南电网理想的调峰电站。

五、工程的地位和作用

小浪底工程是三门峡以下唯一能够取得较大库容的控制性工程，处在控制黄河下游水沙的关键部位，也是唯一能够担负下游防洪、防凌、兼顾工农业供水、发电的综合水利枢纽，具有优越的自然条件和重要的战略地位。

小浪底水库区为峡谷河段，有利于保持较大的长期有效库容，可以长期发挥调水调沙、

兴利除害的效益，防洪运用比较可靠，不仅可以拦蓄特大洪水，还可以根据下游防洪需要适当控制中常洪水。

这是其它工程措施所不能比较的。

小浪底水库拦调泥沙，能够较快地减缓下游河道淤积，还可以通过人造洪峰、调水调沙等运用方式，长期发挥较大的减淤作用，与其它减淤措施相比，在减淤效果、减淤单位投资、影响人口等方面，小浪底工程都具有明显的优越性。

小浪底水利枢纽在保证下游防洪、满足下游减淤的前提下，还可以调节径流，为下游工农业用水增加可利用的水源，发电调峰可以改善电力系统的运行条件。

综合各方面因素进行观察，小浪底水利枢纽是黄河下游防洪减淤工程中最优的方案。

六、建设管理的特殊性

小浪底工程规模宏大，结构复杂，管理方式与国际惯例接轨，被中外专家称为世界上最具挑战性的工程之一。

〔一〕技术复杂

小浪底坝址地质情况复杂、水沙条件特殊，导致枢纽采用泄洪、排沙、发电建筑物集中布置在左岸，洞群进口分布在6个高程，进水塔、消力塘集中布置的特殊结构形式，技术十分复杂。

1〕洞室密集，是世界坝工史上洞室布置最密集的水利工程。

2〕进水塔上集中布置16条隧洞的进水口，是世界上最大最复杂的进水塔；

3〕导流洞后期增设3级孔板环改建为永久泄洪洞，是世界上最大的孔板消能泄洪洞。

4〕水轮机的抗磨、防腐要求高。

5〕主坝根底覆盖层深、防渗墙厚。

6〕岩石破碎，地下厂房、进出口高边坡支护要求高。

7〕孔板洞、排沙洞、明流洞混凝土抗磨要求高。

〔二〕施工难度大

〔1〕工程量大，施工强度高。

小浪底大坝总填筑方量5185万m3是中国最高、填筑量

最大的土石坝。

土石坝明挖和填筑最高强度分别为110万m3/月和130万m3/月。

〔2〕大量建筑物布置在地下，石方洞挖最高强度约15万m3/月。

〔3〕洞室断面大、建筑物结构复杂，结构砼分层分块多。

3条导流洞洞身直径，

开挖最大直径近20m，3条尾水洞开挖断面〔宽?

高〕，均分3层开挖，施工难

度大。

导流洞中闸室段开挖最大净高达，混凝土衬砌共分24层施工，上下部同时作业，每洞浇筑块多达133块。

进水塔孔洞多，体型复杂，钢筋林立，各类埋件和止水片多，很难提高浇筑强度。

4〕导流洞塌方导致工期延误，必须实施赶工，资源配置紧张，施工强度提高。

〔三〕合同管理占据突出位置，但合同管理的市场环境并未形成

合同是小浪底工程处理甲乙方关系的法律准绳，是工程建设管理活动的根底。

在20世

纪90年代，合同在小浪底工程中的地位与合同管理的大环境不匹配，使得合同管理工作处在学习、应用、碰撞、磨合的状态。

国际承包商认为合同是刚性的，一切按合同规定办，国内却还习惯于“业主〞意志，“长官〞意志，把合同看成是可以根据自己意愿修改的一种形式。

设计变更、市场供给的变化，往往造成业主违约，国家法令法规修改也带来合同规定的业主风险。

依据合同进行工程建设管理是小浪底工程的崭新课题。

〔四〕现场管理关系复杂

小浪底工程主体土建标分别由三家外国承包商联营体中标。

中标联营体将局部工程以工

程分包，劳务分包的形式分包给外公司和中国公司，在施工现场形成了业主发包，中标承包

商分包或再分包的“中、外、中〞、“中、外、外、中〞的合同链。

由于业主与承包商，承

包商与分包商国别不同，思想观念、文化背景、施工经验、管理水平上的差异很大，给工程

建设管理带来极大困难。

〔五〕移民安置困难多

小浪底工程移民动迁年人口20万人，以大农业安置为主，走整建制搬迁开发性移民的

道路，是我国移民安置工作的新偿试。

小浪底工程移民工作标准高，政策性强，矛盾多，按工程进度要求完成各阶段移民安置任务的困难很大。

七、枢纽建筑物

小浪底水利枢纽由大坝、泄洪排沙建筑物、引水发电建筑物组成。

枢纽平面布置见图1-1。

枢纽为一等工程。

主要建筑物为一级建筑物。

〔一〕大坝

拦河坝采用带内铺盖的斜心墙堆石坝，以垂直混凝土防渗墙为主要防渗幕，并利用黄河

泥沙淤积形成天然铺盖，作为辅助防渗防线。

左岸垭口设壤土心墙副坝一座。

最大坝高160

m，坝顶长1667m，坝体方量5185万m3。

坝型剖面见图1-2

大坝典型剖面图

大坝全景

〔二〕泄洪、排沙建筑物

泄洪、排沙建筑物由3条直径的导流洞；3条由导流洞改建的三级孔板消能泄洪洞；3条明流泄洪洞；3条直径压力排沙洞；1条直径压力灌溉洞；1座正常溢洪

道；1座非常溢洪道〔尚未建设〕；10座进水塔；1个综合消力塘组成。

洞群布置见图1-3。

进水塔布置图

进水塔全景

1、导流洞

截流后第一个汛期由3条直径导流洞承当导流任务。

完成导流任务后改建为孔板

消能泄洪洞。

2、孔板消能泄洪洞

孔板消能泄洪洞是在压力洞内安装孔板环，使水流流经孔口时突然收缩，在孔口下游又

突然扩散，形成强烈紊动的漩涡流，在水流内部产生强烈的剪切摩擦到达消能目的。

3条直径的导流洞改建成3条孔板泄洪洞后，每条孔板消能泄洪洞由进水塔、压

力隧洞连接段〔俗称龙抬头段〕、三级孔板消能段、中间闸室、明流洞段和出口段组成。

孔板洞进水塔进口底板高程定为。

因进口高程低，水流含沙量高，且粗沙比例

大，为防止事故闸门孔口因流速高产生磨蚀，同时也控制闸门总水压力不致过大，进口采用

双孔布置。

塔内设检修门〔〕和事故门〔〕各一道。

事故门后由

渐变为，渐变段轴线长度：

1号孔板洞为，2号和3号孔板洞为2

。

压力连接洞径，以龙抬头方式将进口与设计平洞段内的第一级孔板上游面连

接起来。

3、明流泄洪洞

1号明流泄洪洞布置在洞群南端，3号明流洞布置在洞群北端，2号明流泄洪洞位于1号与3号明流泄洪洞之间。

3条明流泄洪洞轴线与枢纽其他泄洪建筑物轴线平行，且呈直线布置。

3条明流泄洪洞均由进口段、隧洞段、穿大坝压戗埋管段、泄槽段及出口挑流鼻坎组

成。

3条明流泄洪洞进水塔均为深式有压短管进口，3条明流泄洪洞在库水位时，洞

内流速控制在25m/s左右。

下泄水流以挑流形式入综合消力塘消能。

4、排沙洞

排沙洞在泄水建筑物中是运用时机最多的建筑物。

主要承当排沙，电站进口排污，调节

水库下泄流量，并同孔板洞一起保持进口的冲刷漏斗，到达保护其进口不被泥沙淤堵的目的。

排沙洞进口高程最低，水流含沙量高。

排沙洞由进口塔架、压力洞、出口工作闸室、明渠或明流洞和挑流鼻坎组成，压力洞直径6.

5m。

每条排沙洞进口与2条发电洞进口组合在一座塔架内，进口高程。

为排放电站

拦污栅去除的污物，在排沙洞事故门上游设6个进水口与电站进口的拦污栅相对

应，6个进口逐步集合成2个事故门孔，在事故门后合二为一，逐步渐变为

m隧洞。

5、灌溉洞

灌溉洞由进水塔、压力洞、工作门闸室组成。

进水塔布置在塔群的最北端，根据引水流量要求，库水位能引灌溉流量，同时考虑灌区总干渠的连接高程，进口高程为，采用压力洞，洞径。

6、正常溢洪道

正常溢洪道位于垭口副坝南侧，布置在T型山梁上，由引渠控制闸、泄槽、挑流鼻坎组成，进口高程。

进口选用有超泄能力的开敞式三孔洞，闸门尺寸。

在库水位时泄流量3744m3/s。

7、非常溢洪道

非常溢洪道设在桐树岭以北的宣沟与南沟分水岭处，作为正常泄洪设施的事故备用泄洪

建筑物，进口底板高程，宽。

在非常溢洪道进口设心墙堆石坝挡水，当需要

使用非常溢洪道泄洪时，采用爆破方式破坝。

库水位时，下泄流量3000m3/s，经南

沟入桥沟汇入黄河。

非常溢洪道的修建时间根据小浪底水库运用的情况决定。

8、综合消力塘

综合消力塘为混凝土衬护消力塘，接纳泄洪洞、排沙洞、正常溢洪道的下泄水流，消煞

能量。

消力塘后接二级消力池和护坦。

为便于检修，也为适应单条或几条泄洪洞运用时塘内

产生不对称流态，抑制回流和导流洞改建需要，在塘内布置2道纵隔墙，将消力塘、二级消

力池分为3个可以单独运用的消力塘。

消力塘塘底上游端高程为，下游端高程为11

，1号和2号塘底长，3号塘底长。

二级消力池底长，二级消力池

下游接护坦，长70～98m，护坦后设块石防冲槽，水流经护坦调整后入泄水渠与黄河衔接。

为解决消力塘检修期混凝土底板的抗浮稳定问题，在消力塘的周边、塘底中部〔垂直流向〕

的混凝土底板内部设有城门洞型的排水廊道〔断面〕，排水廊道纵、横向相互连

通并通向设在消力塘南、北侧的集水井。

泄洪时的消力塘

三〕引水发电建筑物

1、主厂房

主厂房为地下式，采取首部布置方式，并且尽可能地使厂房靠近进水口，以缩短压力引水道长度，在满足调节保证计算和机组稳定运行的情况下，不设上游调压塔。

厂房底板高程，顶拱高程为，上覆岩体厚度约为70~110m，厂房顶拱和边墙大局部位于岩性坚硬，块度大，整体稳定性较好的岩层中。

地下发电厂房

2、主变室及尾闸室

主变室为地下式，位于主厂房下游，且平行于主厂房布置。

尾水闸布置在尾水管末端，闸门中心线与机组中心线距离为

，闸门室与厂房平

行布置。

〔1〕主厂房分为发电机层、母线层、水轮机层。

机组安装高程

，机组间距

26.

5m。

内设6台水轮发电机，单机容量300MW。

两台2500kN+2500Kncc小车桥机放置在岩壁吊车梁上。

厂房总长度，跨度，最大高度。

2〕主变室尺寸：

长?

宽?

高，布置有6台220kV的三相变压器，

台厂用变压器等。

3〕尾闸室尺寸：

长?

宽?

高，布置有一台2?

2500kN的台车式启闭机，其轨道设置在岩石混凝土梁上。

4〕厂房三大洞室均采用喷锚做为永久支护。

3、引水道系统

引水发电系统由进水塔、压力引水隧洞、高压钢管、地下厂房、尾水闸洞、明流尾水洞、尾水明渠和出口防淤闸组成。

引水方式采用一洞一机单元式布置，尾水采用两台机组经尾水叉洞合一明流尾水洞布置。

引水发电系统纵剖面见图1-4。

发电引水系统

由于排沙排污需要，两条发电洞与一条排沙洞进口呈上下对应布置。

发电洞进口高于排沙洞进口20m。

为满足初期发电要求，3号发电塔的第5号、6号发电洞进口高程定为190m；1号、2号发

电塔的第1～4号发电洞进口高程为195m。

引水隧洞和压力钢管直径均为。

引水隧洞共计6条，长度约为，采用普通钢筋混凝土衬砌，衬砌厚为0.

8m，混凝土标号C30。

4、水轮机蜗壳和尾水管

压力钢管末端通过渐变段与蜗壳进口连接，考虑到地下厂房温度变化小，压力钢管与蜗

壳连接处不设置伸缩节。

尾水管采用窄高型，以适应地下厂房布置需要。

每台机尾水管出口均设有尾水闸门，当机组

较长时间停机时，可关闭尾水闸门，防止尾水管被泥沙淤堵。

尾水洞长度900?

1000m，采用明流尾水隧洞。

5、尾水明渠和防淤闸

尾水为两机一洞〔尾水洞〕、一渠〔尾水明渠〕、2孔防淤闸，共3条明渠，6条防淤

闸。

八、机电

〔一〕水电站与电力系统的连接

小浪底电站的主要供电范围为河南省，小浪底电站的任务是在满足水库调水调沙要求的

前提下进行发电调节，在河南省电网中主要承当调峰调频任务，在非汛期可担任一定的事故

备用。

〔二〕电力主接线

电厂以220kV一级电压送出，出线6回，4回至洛北5000kV升压站，1回至豫北，1回

备用，220kV侧为比母线分段，左段接2台机，2回出线，右段接4台机，4回出线。

〔三〕主要机电设备

水轮机的额定水头112m，机组的额定容量300MW。

为适应水头变幅大的特点，改善非汛

期水轮机运行工况，在水头H≥117m时，水轮机加大出力运行，机组容量增大到324MW。

〔四〕机组主要参数

水轮机形式为主轴混流式，额定水头，额定流量子数，额定出力306M

W，转轮定义直径，额定转速n，单位流量，单位转

速

，临界气蚀系数

，装置气蚀系数

〔尾水位

〕。

发电机形式为立轴半伞式，额定容量

300MW，功率因数

，额定频率

50Hz，相数

3，

额定转速

，飞轮转动惯量

GD2=99000tm2；电机冷却形式为双路径向无风扇端部

回风通风方式；推力轴承瓦为

弹性金属塑料瓦；励磁方式为电源自并励静止

励磁系统。

〔五〕主要电气设备

采购国外的电气设备有：

电站计算机监控系统1套

18kV发电机断路器6台

220kV干式电缆7km

国内采购的电气设备有：

发电机主变压器、220kV户外配电装置、离相式母线等发电机电压设备、厂用电设备、

继电保护和自动化装置机组辅助设备和全厂公用设备。

（六）电站的控制设备和布局

电站采用计算机为根底的监控系统，即由电站控制中心及现场控制单元组成。

电站中央控制室设在地面副厂房内。

机组现场控制单元布置于机房发电机层，开关站现场控制单元布置于地面副厂房继保室，全厂公用设备现场控制单元布置于地下主厂房。

开关站

九、金属结构

枢纽建筑物泄洪洞、排沙洞、发电引水洞、地下厂房、防淤闸及溢洪道等各类金属结构

计有闸门62扇，其中平面闸门41扇、弧形闸门21扇，拦污栅26扇。

各种起重机械75台，

其中固定卷扬式启闭机20台，油压启闭机36台，门式启闭机2台、台车式启闭机1台、清

污机4台。

总用钢量32000t。