珙县石板滩初步设计报告 Microsoft Word 文档.docx
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珙县石板滩初步设计报告MicrosoftWord文档
珙县石板滩水电站扩建工程
初步设计报告
四川省宜宾市水利电力建筑勘测设计院
二00七年九月
工程设计证书
（乙级）
批准：
审查：
校核：
编制人员：
总目录
1综合说明
2水文
3工程地质
4工程任务和规模
5工程布置及主要建筑物
6水力机械
7电气工程
8金属结构
9消防设计
10施工组织设计
11水库淹没处理与工程占地
12环境保护设计及水土保持
13工程管理
14劳动安全与工业卫生设计
15工程投资概算
16经济评价
1综合说明
1.1绪言
1.2水文
1.3工程地质
1.4工程任务和规模
1.5工程布置及主要建筑物
1.6水力机械
1.7电气工程
1.8金属结构
1.9消防设计
1.10施工组织设计
1.11水库淹没处理与工程占地
1.12环境保护设计及水土保持
1.13工程管理
1.14劳动安全与工业卫生设计
1.15工程投资概算
1.16经济评价
1.17结论及今后工作建议
附表:
附表1-1石板滩水电站工程特性表
附图
附图1-1石板滩水电站地理位置示意图
附图1-2石板滩水电站工程枢纽总体平面布置图
1.1绪言
1.1.1工程地理位置、开发任务
石板滩水电站位于长江上游干流一级支流——南广河的上游，坝址地处珙县上罗镇民主村二组和麻柳五组石板滩，是南广河干流梯级开发的第五级电站，上游接上罗梯级电站（正在开发），下游与两河口水电站衔接，其地理座标为东经104○46＇13″，北纬28○09＇08″。
工程距上罗场镇约4.0km，距珙县县城巡场镇60km，宜宾市城区114km，有乡村公路穿过工程区附近，交通条件较为方便。
石板滩水电站地处边远山区，所在河段多险滩，水流湍急，无灌溉、供水、通航等综合利用要求，其工程开发任务是以水力发电为主，兼顾防洪。
1.1.2工程建设历史
石板滩水电站的前身为石板滩水能泵站。
拦河大坝为5孔连拱坝，坝顶溢流，最大坝高5.6m，于1979年建成。
1982年原宜宾地区水利电力局以宜水电（81）字第041号文同意将石板滩水轮泵站改建为水电站。
最初设计方案总装机容量为2×500KW，设计水头4.53m，引用流量2×15.2m3/s。
由于当时计划经济时代机电设备按计划供应不能按时供贷，加之建设资金筹集十分困难等因素，为此1985年11月施工时又将总装机容量改为3×400KW，引用流量3×12.2m3/s；电站于1987年底投产发电，多年平均发电量560万kw.h。
电站运行至今，拦河溢流连拱坝、消力池、厂房等水工建筑物及下游两岸坡均未出现异常。
石板滩水电站坝址多年平均流量为44.9m3/s，电站3×400KW装机规模偏小，资源未得到充分利用。
石板滩水电站为坝顶溢流的连拱坝，在右岸与电站进水口并列设置冲沙孔，但由于冲沙孔底板高程和平面位置不合理，目前已出现取水困难的问题，改善取水条件以成为石板滩水电站正常运行技术改造问题之一。
由于电站规模小，建设投资大，发电效益差，电站长期负债经营。
2002年，石板滩水电站进行产权制度改革，电站经卖后归属珙县石板滩电力有限责任公司。
近年来，由于上游梯级各水电站竣工发电，当上游电站发电时，下泄流量64.68m3/s，而石板滩水电站为径流式，设计引水流量仅36.6m3/s，当上游电站发电时大量弃水，上游不发电时自身又无水发电，水能资源不能充分利用。
并且随着社会经济的发展，珙县地方电力供应日益紧张，用电负荷不断增长，为石板滩水电站扩建提供了机遇和条件。
2007年通过大量勘察分析，初步拟定了扩建方案，电站装机由总装机容量3×400KW，扩建为3×400+1600KW机组，总装机容量达到2800KW。
1.1.3勘测设计工作过程
2006年12月,受珙县石板滩电力有限责任公司的委托,我院承担了石板滩水电站扩建工程项目的初步设计任务。
在接受本项工作任务后，我院随即组织工程技术人员，对工程扩建前相关资料进行了认识的复核和分析，同时对现场进行了仔细的勘察。
石板滩水电站装机容量小于1万KW，属小
（二）型水电站，并且为扩建工程，结合地勘试验资料，参照《小型水电站初步设计报告编制规程》（SL/T179-96）的要求，于2007年9月完成了石板滩水电站扩建工程的初步设计工作。
石板滩水电站扩建工程特性详见附表1-1。
1.1.4河流规划简介
南广河流域干流梯级规划开始于二十世纪50年代。
1959年，宜宾专区及水电厅规划二队规划了以南广滩、苏滩、沐滩为骨干，按50～100m高坝，以发电、航运为主的5～6级规划方案。
随着地方经济的发展及矿区的进一步探明，高坝淹没损失大，四川省规划二队于1979年配合金沙江下游国土开发（能源组）又重新做了南广河干流梯级开发，以中游罗渡为龙头水库（有效库容1.18亿m3）的十二级开发方案，总装机容量9.453万KW。
1990年宜宾地区水资源办公室在此基础上结合现有实际开发情况，将“79规划”调整为十三级开发方案，总装机容量10.048万KW。
目前按照1990规划方案已实施了曹营、石板滩、两河口、沐滩、门坎滩、油罐口、来复、月江等梯级。
1.2水文
1.2.1流域概况
南广河是长江右岸的一级支流，发源于云南省威信县大雪山北麓，流向由南向北，流经四川省珙县的罗渡、孝儿，高县的符江、月江口、福溪，在宜宾市的南广镇注入长江。
干流全长213km，河道平均比降4.8%，控制流域面积4826km2。
沿河多急滩，落差集中，利于水力资源开发。
南广河流域位于东经104○26＇～105○05＇，北纬27○45＇～28○45＇之间。
流域形状呈羽形。
地势由西向东倾斜，上游崇山峻岭间有小台地，草木丛生，植被良好，中游形成山溪，溪丘交错，下游入四川盆地后为丘陵区，农垦发达，植被较差，水土流失严重。
南广河流域在筠连以上，石灰岩分布较广，岩溶发育，地下水丰富，枯季径流较稳定。
石板滩水电站工程位于南广河上游，坝址地处珙县上罗镇石板滩，地理座标东经104○46＇13″，北纬28○09＇08″，控制集雨面积1316km2。
坝址上游9.40km处设有罗渡水文站，该站控制集雨面积1214km2。
南广河流域属于四川盆地亚热带湿润气候区，具有气候温和，冬暖夏热，雨量丰沛等特点。
1.2.2水文基本资料
石板滩水电站工程所在流域南广河现有罗渡、福溪两个水文站。
罗渡水文站位于坝址上游9.40km处，该站控制集雨面积1214km2，是南广河上游流域控制站，是本工程水文分析计算的主要依据站，其基本资料是本次复核的重点。
1.2.3径流
南广河流域的径流主要由降雨形成，其次是地下水补给。
5～10月的径流主要由降雨形成，11～4月的径流，主要来源于地下水。
径流的年内变化及地区分布，与降水的变化趋势基本一致。
据工程设计依据站罗渡站1959.5～2005.4共46年（水利年）年平均流量系列统计分析：
石板滩电站坝址处多年平均流量44.90m3/s，多年平均径流深1076mm，折合年径流量14.16亿m3。
石板滩水电站径流分析计算成果见表1-1
石板滩水电站径流分析计算成果表
表1-1
时段
均值
（m3/s）
各频率设计值（m3/s）
P=10%
P=50%
P=90%
年（5～翌年4月）
44.9
56.0
44.3
34.4
12月～翌年4月
30.1
40.1
29.5
20.9
1～3月
29.3
38.9
28.6
20.4
1.2.4洪水
南广河的洪水主要由暴雨形成，洪水发生的时间与暴雨季节相应。
最大流量发生在5～9月，7、8月最多。
1.2.4.1设计洪峰流量计算
石板滩水电站设计洪水计算选用下游罗渡水文站作为依据站。
通过对罗渡水文站洪水资料系列的插补廷长，利用1959～2005年洪水系列，加入1918年历史洪水组成不连续系列进行频率计算，用数学期望公式分别计算历史洪水和实测洪水系列各项的经验频率，以矩法计算统计参数的初值，采用P—Ⅲ型理论频率曲线适线，确定统计参数及设计值，从而得出罗渡水文站设计洪水成果。
将罗渡水文站设计洪水成果按面积比的2/3次方移用至工程坝址处作为石板滩水电站设计洪水成果（见表1-3），供工程设计使用。
石板滩水电站设计洪水成果表
表1-3流量：
m3/s
设计频率（%）
0.10
0.20
0.33
0.50
1.0
设计洪峰流量Q
3030
2820
2670
2530
2320
设计频率（%）
2.0
3.3
5.0
10
20
设计洪峰流量Q
2090
1930
1790
1550
1290
1.2.4.2设计洪量计算
石板滩水电站设计洪量计算选用罗渡水文站作为依据站。
根据罗渡水文站各年洪水流量过程，用年最大值独立选样法分别计算选取出各年最大24小时、最大72小时洪量，得到该站1959～2005年各时段洪量系列，加上1918年历史洪水洪量组成不连续系列进行频度计算（历史洪量重现期与历史洪峰流量同），用数学期望公式分别计算不同时段历史洪量和实测洪量系列各项的经验频率，以矩法计算统计参数的初值，采用P—Ⅲ型理论频率曲线适线，确定出统计参数及设计值，从而得出罗渡水文站的洪量频率计算成果，将罗渡水文站年最大24小时、最大72小时设计洪量按流域面积比移至电站坝址处，即得出石板滩电站坝址设计洪量成果（见表1-5）。
石板滩电站坝址设计洪量成果表
表1-5洪量：
108m3
时段
均值
各频率设计值Wp
24h
洪量
0.443
P
0.10
0.20
0.33
0.50
1.0
W
1.637
1.507
1.409
1.333
1.203
P
2.0
3.3
5.0
10
20
W
1.066
0.966
0.886
0.745
0.598
72h
洪量
0.800
P
0.10
0.20
0.33
0.50
1.0
W
2.558
2.363
2.341
2.125
1.930
P
2.0
3.3
5.0
10
20
W
1.734
1.593
1.474
1.268
1.049
1.2.4.3设计洪水过程线
根据罗渡水文站洪水过程的特性和选择典型过程的原则，在历年洪水过程中选择流量，洪量相对较大的单、复峰过程作为选取择典型过程的条件。
用1979、1986年洪水过程线进一步分析后，选取对工程不利的1986年实测流量过程为典型，用分段同频率控制放大各频率设计洪水过程线。
1.2.4.4成果分析
从南广河流域上下游洪水分析成果可以看出，年最大洪峰流量均值随流域面积增大而增大，统计参数Cv随流域面积增大而略为减小，Cs/Cv都等于3.0；随着历时的增长，时段洪量逐渐增大，变差系数逐渐减小，各时段洪量的Cs/Cv都等于3.0，将不同历时洪量频率曲线绘于同一比例上，未发现异常，并保持合理的差值，符合一般规律。
加外，在点绘的罗渡水文站与邻近站洪峰流量（P=1%）～流域面积关系图上，罗渡水文站成果位于关系线附近，因此认为石板滩电站设计洪水统计参数符合地区变化规律，成果合理。
1.2.4.5分期洪水
罗渡电站分期设计洪水计算采用罗渡水文站资料。
根据罗渡水文站分期洪水成果，分期洪水成果按控制集雨比的不同次方移用至石板滩水电站坝址处（1、2、3、11、12月按面积比移用；4、10采用面积比的2/3次方移用）。
考虑到洪水出现时间的偶然性，建议在使用以上成果时，主汛期提前（汛前）、错后（汛后）5～10天，非汛期提前错后5天。
1.2.5泥沙
南广河流域内设有罗渡、福溪两个水文站，均建于1958年，罗渡水文站控制集雨面积1214km2。
福溪水文站控制集雨面积4557km2。
石板滩水电站坝址位于罗渡水文站下游9.40km，但罗渡水文站无实测泥沙资料，本次设计将福溪水文站的泥沙资料按面积比移用到石板滩。
经分析计算，石板滩水电站多年平均输沙量91.6万t，年输沙模数696t/km2，多年平均输沙率29.0Kg/s，多年平均含沙量0.64Kg/m3。
悬移质泥沙年内分配主要集中在汛期，5～10月占全年输沙量的98.1%，6～9月占全年输沙量的84.0%，7、8月占全年输沙量的66.5%。
流域内各水文站均未开展推移质测验。
本次设计未做库区河床质的取样分析工作，不能采用公式计算，按悬沙的10%作为移质量，即石板滩水电站推移质理为9.16万t。
1.2.6水位流量关系曲线
石板滩水电站枢纽区断面由于无实测水位流量资料，水位流量关系曲线的绘制是通过在断面处设立水尺观测水位、洪水调查、施测断面、施测同时水边点及洪痕高程，绘制同时水面线和洪水水面线，确定各级水位的水面比降，选取适当的糙率，采用水力学公式计算绘制而成。
河床糙率的选用，通过罗渡水文站实测资料分析，结合调查洪水反推的糙率，经综合分析选用。
1.3工程地质
1.3.1区域地质
石板滩水电站工程区所处大地构造位置属杨子准地台之川东南褶皱束北部与滇黔褶断之娄山坳陷褶断束接触部位，构造形迹主要表现为一系列北东向至近东西向的褶皱和断裂。
枢纽区处于近EW向的建武向斜北翼。
库区、坝区不存在发生中强地震的地质构造北景。
据《中国地震动参数区划图（1：
400万）》（2001年5月第一版，GB18306-2001）查得：
工程区50年超越概率10%的动震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.40s。
工程区相应的地震基本烈度为Ⅵ度。
1.3.2水库区工程地质
水库正常高水位400.80m，水库回水长5.33km，库区为建武向斜的扬起端，属一单斜构造。
（1）非可溶岩库段
非可溶岩库岸段从坝址到将军滩一带，长约3.3m。
水库周边由飞仙关组紫红色中厚层状粉砂岩、中薄层状砂岩和铜街子组砂质页岩、粉砂岩、中薄层泥灰岩组成，岩层产状：
163～178○，倾向上游微偏右岸，倾角∠6～11○，属弱透水层，可为相对隔水层；铜街子组的页岩和粉砂岩为相对不透水岩层，而中薄层状的泥灰岩，据地质测绘调查，据20余年运行情况表明，未发现有溶蚀漏水现象。
同时库区周边山体雄厚，无低邻谷存在，泉点出露高程在443m以上，因此本段不存在向邻谷渗漏问题。
（2）可溶岩库段
可溶岩库段从将军滩一带至库尾，长约3.5km。
水库周边由嘉陵江组灰～深灰色灰岩、泥质灰岩夹白云质灰岩、生物碎屑灰岩组成。
水库右岸山体雄厚，无低邻谷存在。
据地质测绘调查、溶洞洞口分布高程413～475m。
工区岩溶属“河谷补给—排泄型”岩溶，两岸地表的各种岩溶形态接受大气降水，通水落水洞等地下垂直岩溶向溶洞等水平岩溶运移，最终排泄于南广河。
由此，水库两岸应存在高于正常高水位400.80的地下分水岭，因此，该段水库封闭条件较好，不存在向邻谷的渗漏问题。
综上所述故水库蓄水后，不存在库水向库外渗漏的问题。
2库岸稳定
石板滩水电站组成库岸岩石为铜街子组粉砂岩和砂质页岩和嘉陵江组灰岩。
灰岩库岸段岩石坚硬，岩体完整性较好，库岸段未见大规模的崩塌堆积物，边坡整体稳定性较好。
粉砂岩和砂质页岩岸坡段，岩层产状倾角平缓，岩体完整性较好，岸坡整体稳定性较好。
因此，岸坡整体稳定性较好。
但由于岸坡局部较陡，蓄水后岩石在顺坡向及垂直岸坡裂隙的相互切割和重力作用下，可能会产生小规模的变形，对水库的正常运行不会产生大的影响。
整个库区岩质边坡一般是稳定的，仅在局部地段可能产生小规模的崩塌现象，不会发生岸边再造。
因此，在正常水位400.80m高程线不存在库岸的失稳。
3、库区矿产淹没问题
设计正常高水位400.80m，整个库区河谷较狭窄，至“U”字型，两岸坡较陡，淹没指数甚低。
但在近坝段库区民主五组和三组的河坝一带，要淹没3.54亩耕地。
经踏勘调查，库区无文物古迹、风景名胜区。
石板滩水电站整个库区为岩质边坡，库区不存在库岸浸没问题。
1.3.3坝（厂）址区工程地质
坝址坝基持力层为（Tlt）浅灰色中至薄层状砂质泥灰岩，考虑到本工程属于低坝，以q=10Lu作为防渗标准。
通过近30年的运行使用情况表明，坝基为裂隙式透水岩体，属相对弱透水层，不具备集中渗漏通道。
厂房位于右岸坝段，铜街子组岩层出露较全，高程410m以上为厚层状石灰岩。
高程410～398m为泥灰岩、粉砂岩互层。
高程398～389m为泥灰岩及泥质粉砂岩。
高程389m以下粉沙质泥灰岩，该层岩体完整、坚硬，系厂房基础的持力层。
弱风粉沙质泥灰饱和抗压强度平均值为40.80Mpa，干抗压强度平均值为57.8Mpa，软化系数平均值为0.71，属于中～硬质岩类。
砼与持力层的抗剪强度f=0.50。
1.3.4天然建筑材料
本区天然建筑材料，土料，条块石料，人工骨料共储量和质量满足技术要求，运距较近，交通条件比较好。
块石、人工骨料场无夹层，开采条件好。
1.4工程任务及规模
1.4.1河段规划简介
南广河是长江右岸的一级支流,干流全长213km,平均比降4.8‰，流域面积4826km2。
其中四川省境内河长161.9km，落差223.5m，平均比降0.14%，水能理论蕴藏量25万KW，可开发11.6万KW，现已建成小型水电站86处，总装机容量6.89万KW，年发电量26846万KW.h，占可开发量的59.4%。
根据目前规划实施情况，南广河为十三级梯级开发规划，石板滩水电站是上游第五级梯级电站，上游与上罗电站衔接，下游与两河口梯级衔接。
1.4.2综合利用要求及工程开发任务
石板滩水电站是南广河十三级梯级开发中的第五级.根据规划资料,南广河流域目前已无航运任务,两岸村镇用水、农民生活用水及农田灌溉主要利用山间水，不足部分从南广河中提水。
本电站为河床式电站，电站发电不影响河流生态用水及第三方取用水要求（详见水资源论证报告）。
因此本电站无其它综合利用要求。
其开发任务是以水力发电为主，兼顾防洪。
1.4.3洪水调节和防洪特征水位选择
根据工程综合分析，推存方案石板滩水电站正常蓄水位400.80m，相应库容124万m3，总库容365万m3，有效库容76.30万m3，具有不完全日调节性能。
石板滩水电站位于偏僻山区，人烟稀少。
工程所在河段上下游无城镇、乡村集市、农村集中居住点、粮油基地、公路、桥梁等重要防洪保护对象存在，因此工程影响河段内除保证自身安全外，无其它防洪要求。
洪水调节方式：
泄洪闸与冲沙闸联合泄洪。
调度原则：
保证自身工程安全，同时兼顾上游淹没损失最小。
石板滩水电站在溢流坝和电站取水孔之间设两冲沙泄洪孔，兼顾泄洪作用，冲砂泄洪孔孔口尺寸为11.0×7.0m。
石板滩水电站除保证自身工程安全外，同时还要兼顾上游淹没损失最小，本阶段拟定水库起调水位398.80m、399.80m、400.80m三个方案进行了调洪演算比较分析，最终选定电站汛期降低水位至398.80m起调，相应上游设计洪水位为404.13m，校核洪水位为405.24m。
1.4.4径流调节及电站出力计算
径流调节：
满足上下游各用水部门的要求，本电站主要是满足最大发电量和生态用水的要求。
调节方法：
石板滩水电站是南广河流域干流梯级开发的第一级龙头电站，本阶段采取独立调节计算，不考虑和下游梯级的水库群调节。
石板滩水电站推存方案正常蓄水位400.80m，装机容量3×400+1×1600KW，发电引用流量49.98m3/s。
经计算：
最大水头7.99m，最小水头4.5m，全年平均水头7.36m，汛期平均水头7.28m，多年平均年发电量为1613.6万kw.h，其中枯期电量580.8万kw.h，枯期电量占年电量的36.0%，保证出力829KW，年利用小时数为5763h。
多年平均受阻出力9KW，平均受阻电量24.2万kw.h，加权平均效率84.4%，最小出力1003kw.h。
1.4.5正常蓄水位选择
本次按满足上下游梯级电站妥善衔接及经济、合理、充分利用河段水力资源的原则，着重分析考虑地形地质条件、库区淹没损失、行政区划及发电量等制约条件，以及业主与当地地方政府的资源开发协议，初步拟定正常蓄水位400.30m、400.80m、401.30m三个方案进行正常蓄水位比选。
经综合比较得出：
（1）从与上游衔接分析，正常蓄水位400.80m方案能保证上罗梯级电站水流保持天然状态，回水不影响上罗梯级电站。
（2）从水库淹没指标分析，随着正常蓄水位的提高，淹没的人口、耕地、房屋均有一定增加，但没有出现突变指标。
淹没投资增加额也在8～60万元之间，因此淹没问题不是决定正常蓄水位的主要因素。
（3）从能量指标分析：
随着正常蓄水位抬高，装机容量、年发电量、保证出力相应增加，方案间各能量指标的增量基本接近，因此抬高正常蓄水位可充分利用水力资源。
（4）从动能经济指标分析结果可以看出：
随着正常蓄水位抬高，单位千瓦投资增加，单位电能投资400.80m方案最优。
综上所述，正常蓄水位400.80m方案差值经济指标略优于400.30m方案，同时满足与上游上罗梯级电站的衔接要求，故本阶段石板滩水电站正常蓄水位选定为400.80m。
1.4.6死水位选择
石板滩水电站为河床式电站，主要通过建坝获得发电水头，虽然正常蓄水位下有库容124万m3，但水库消落深度不能太大，否则增加的调节流量不能弥补因为水头降低而带来的电量损失。
因此在正常蓄水位400.80m拟定了397.5m、398.0m、398.5m三个方案进行详细的技术经济比较。
由于各方案年发电量相差不大，进行技术经济比较时各方案装机容量均采用2800KW。
从方案比较中得出：
（1）随死水位从397.5m提高到398.5m，电站的年发电量、枯期平均出力、保证出力及枯水期电量相应增加。
（2）随着死水位的提高，电站加权平均水头提高，水轮机额定水头得到提高，从而减小了水轮机转轮直径尺寸，电站厂房尺寸也相应减小。
从节省电站投资费用来看，高死水位方案较优。
（3）由于随死水位提高，电站发电量增加，各方案单位千瓦投资和单位电能投资指标也随死水位提高而降低，提高死水位有利于提高电站的发电经济效益。
（4）随着死水位提高，水库丰、中、枯三个代表年的调节流量减小，电站调节性能下降。
综上所述分析，从提高电站发电效益、有效节省电站投资和水库调节性能综合比较，本阶段选定石板滩水电站死水位为398.0m。
1.4.7装机容量选择
石板滩水电站正常蓄水位400.80m，相应库容124万m3，电站设计保证率90%。
该电站为坝后式电站，具有不完全日调节能力，电站建成后并入珙县地方电网运行。
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