摘要：对百侯水电站重建的工程规模、工程布置及主要建筑物型式进行了介绍，提出了今后的工作意见。要害词：工程规模，工程布置，建筑物型式，工作意见中图分类号：TV61文献标识码：A1工程概述百侯水电站位于广东省大埔县境内梅潭河中游百侯镇东山村峡谷出口地段。坝址距上游已建的双溪电站15km，大埔县城12km。坝址控制流域面积1261km2，原电站装机容量为3×800kW，设计水头12.0m，发电引水流量为3×9.06m3/s，多年平均发电量1350万kW·h。拦河坝为圬工硬壳重力坝，始建于1965年。经过30多年运行后，电站设备已严重老化，经济效益逐年下滑，非凡是双溪水电站建成后，电站弃水较多，造成水力资源的浪费。为此，进行了百侯水电站重建的初步设计。结合业主和水电站的实际情况，主要对水库水位、装机容量、枢纽布置和基础处理措施等有关的方案、参数进行了进一步的复核、论证和比较。同时，进行了水工断面模型试验，并结合具体情况，在规范答应的范围内进行了必要的优化。2工程规模2.1正常蓄水位选择百侯电站库容较小，只能作为日调节，根据大埔县电网负荷特点和梅州市电网枯水年负荷特点，百候电站在枯水期天天可集中在18:00左右发电，需要相应的调节库容约200万m3，正常蓄水位95m可以满足。95m方案正常发电机组按额定流量满发时溪背坪坝址水位为96.37m，回水与上游梯级衔接较合理，从单位千瓦投资、单位电度投资和增加单位电度投资指标看，仍是以95m方案为优。所以选用95m正常蓄水位较合适。2.2　装机容量及机组机型选择(1)装机容量从水量的利用率和电量增值考虑，装机大于8MW，递增的电量明显减少，但考虑到大埔县电网对上游双溪电站要求承担调峰任务，双溪装机3台，满发流量109.2m3/s，而百侯水电站库容小，动用调节库容会降低发电水头，造成电量损失，所以百侯电站应与双溪电站同步运行，双溪调峰，百侯也调峰。为了不造成弃水，电站装机容量12MW时，就可以与双溪电站3台满发的流量相匹配，但利用小时低。双溪电站放水到百侯电站的传播时间约有1h，所以百侯电站可以比双溪电站提前1h发电，空出一定库容反调节双溪电站发电流量，则百侯电站满发流量可以比双溪电站小，利用水流传播的时间差和库容来调节两电站的流量差，使百侯电站枯水期基本不产生或少产生弃水。故综合以上分析确定百侯电站选用装机10MW。(2)水轮机机组机型及台数选择①机组机型。从百侯水电站径流系列调节计算统计结果可知，最大水头14.19m，最小9m，加权平均水头14.0m。据此水头段范围与径流特性，可选用的机型有轴流式和贯流式两种。由于百侯电站装机小，要求贯流式机组直径小，目前生产小于3m直径转轮的贯流灯泡式机组困难，且电站水头较高，单机轴向水推力太大，所以百侯电站选用轴流式机组。由于定桨型水轮机单机效率特性曲线适应范围狭窄，转桨型水轮机的单机效率特性曲线较平稳，适应范围宽，运行治理方便，选用轴流转桨型机组。②机组台数。3台机组工程造价比2台多199万元，而年发电量只多25万kW·h，增加电量的单位电度投资为7.96元，是不经济的，且3台机组占用位置尺寸大，枢纽布置困难。虽然3台机组运行调度比2台机组更灵活，但选用转桨机组工作范围宽，运行调度可以适应双溪电站各种运行方式，所以采用2台ZZ(xxx)—LH—275型机组。3　工程布置及主要建筑物3.1　主要方案比较(1)闸坝轴线的比较在可研阶段已选定两条坝线进行比较。下坝线距原旧坝线50m，河床部位是水闸，厂房靠右岸布置，左右岸为重力坝，连接段为一全新枢纽。原上坝线距旧坝线约35m，水闸与厂房的位置大致与下坝线对应，其布置与下坝线方案的区别是左岸利用原旧电站坝头部分作接头。因而上坝线具有压缩投资的优点。根据审查、业主的意见及本工程的特点，本阶段将上坝线方案作了进一步的调整优化，在原可研基础上坝线向上游移动5m，压缩纵向连接坝段5m。两条坝线相距较近，处于同一地质区域内，具有相似的地形条件和地层岩性。从地形、地质条件及施工条件比较，两坝线差别不大。上坝线左岸利用原电站厂房及原左岸土坝接头作为左岸挡水接头坝段的一部分，且不需拆除，并将此部分填弃渣至98.50m高程。空缺部分加修混凝土挡墙或加高，因而使移动后的上坝线方案可以进一步节省投资。下坝线是全新建筑物，枢纽布置比较紧凑协调，但与上坝线方案相比，工程量、投资相对增大。故本阶段推荐上坝线枢纽布置方案。(2)枢纽布置方案比较结合电站为重建工程，在重建期仍要发电，其原发电厂房布置于左岸的特点，本阶段枢纽布置方案为发电厂房布置在右岸，5孔泄洪闸居中，右岸混凝土重力坝连接进厂、变电站及对外交通，左岸混凝土重力坝连接原厂房、原挡水坝及对外交通。(3)拦河闸泄流净宽及溢流堰型方案的比较拦河闸为开敞式拦河闸，水头低、流量大。本阶段从泄流能力、运行的维护保养以及工程投资方面，选取宽顶堰和驼峰堰进行比较。驼峰堰堰顶高程81.0m，平底堰堰顶高80.0m，泄放相同流量的前提下，驼峰堰的上游水位壅高比平底堰小，驼峰堰的泄流能力大于平底堰。在工程投资上驼峰堰堰顶高程提高1m，则闸门高度压低1m，同时也相应减少了堰体长度2m，从而降低了投资。在维护保养方面，驼峰堰由于堰顶高程81.0m，高于下游部低水位，避免了平底堰闸门底坎长年泡在水下的问题，有利于闸门的维修保养。经以上比较，选用驼峰堰比平底堰更为经济合理。3.2　主要建筑物型式百侯水电站为河床式低水头电站，枢纽建筑物主要包括拦河闸、发电厂房、变电站及两岸连接建筑物4大部分。3.2.1拦河闸及泄洪运用方式(1)拦河闸布置推荐的枢纽方案，拦河闸共布置5孔，每孔净宽12.00m，中墩及边墩厚3.00m，溢流前缘总宽度为78.00m。溢流堰采用驼峰堰，堰体高1.0m，堰顶高程为81.00m，大致与河床齐平.闸室内设有检修闸门槽一道，槽宽1.2m，工作弧形闸门置于堰顶上，堰面由三段圆弧组成，上、下游反弧半径为6m，中间圆弧半径为2.5m，底板总长30m，闸底板为C20混凝土。在泄水闸底板下游端设置一道长78m的齿槽，槽宽1.5m，槽深3m。拦河闸闸顶高程为98.50m，闸室顺水流方向上部长度为34.50m，下部长度为30.00m，闸墩上游悬挑2.5m，下游悬挑2.0m，墩头、墩尾均为半圆形，闸墩为C20混凝土。最大闸高19.5m，上游侧布置门机启闭检修闸门。闸顶交通桥布置于拦河闸顶上游侧，桥面宽5.00m，桥面高程98.50m。拦河闸共分永久结构缝5条，均设于闸室底板中心。5孔共用1扇平板检修钢闸门，由移动式门机启动与检修：移动门机紧靠交通桥下游侧布置，门机道宽4.5m。工作门启闭机室布置在闸室下游侧尾端，启闭机室宽5.7m。室内设有2×1250kN卷扬式启闭机，工作桥、启闭机室为C25混凝土。(2)闸下游水流衔接与消能根据下游河床水位、流量条件以及控制运用水力计算的分析，按(水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252—2000))的规定，消能设计标准按20年一遇以下的洪水计算。考虑到闸址均为微风化花岗岩，抗冲能力强，抗冲流速达到25m/s，计算闸后的最大流速为12m/s，经计算及水工断面模型实验验证，在闸门全开或局部开启时，闸后的流速均小于岩石的抗冲流速，下游均为自由出流，闸下出流为急流，均形成远驱水跃，不会对下游河床造成冲刷，因此，为减少投资，闸下游暂不设消力池，视其冲刷情况再作处理。3.2.2发电厂房及变电站发电厂房为河床式，置于河床右岸，左侧紧靠拦河闸，右侧紧靠重力挡水坝，厂房横轴线与闸坝轴线平行。厂房进水口前沿同时也是枢纽挡水前缘。在电站进水口前利用原滚水坝，拆除至坎顶高程为85.00m，形成一道拦砂坎，厂房与泄水闸间设正向导水墙，长度35m，墙顶高程96.00m。厂房进水口进口底板高程为83.00m，后接1:2.35的斜坡段，进水口顶板高程84.537m。电站为河床式厂房，内装有轴流转桨式机组2台，总装机容量为2×5MW。主厂房每台机组进水口处设有1扇7.9m×17.6m的竖立式拦污栅和7.9m×5.93m的检修闸门槽1道，2台机组共用1扇检修门，每台机组设7.9m×4.06m的工作闸门1扇。主厂房尺寸28.50m×16.40m(长×宽)，其中安装间位于右侧，长14.50m。厂内安装轴流式转桨水轮机组2台，单机容量5MW，机组安装高程80.438m.机组间距11.5m，转轮直径2.75m，厂内装有1台500/100kN电动双钩桥式天车，轨顶高程98.60m。厂房靠河上游侧设钢筋混凝土防洪墙，防洪墙墙顶高程98.50m。发电机层楼板高程88.60m，装有2台发电机，并布置有油压装置、调速器、机旁盘等。水轮机层楼板高程83.12m，设有控制柜和上下交通楼梯，安装间下层作为供水泵及空压机室。蜗壳层地面高程76.45m，蜗壳为钢筋混凝土结构，设有蜗壳和尾水管进入孔，下游侧有上至水轮机下至排水设备廊道的楼梯。尾水管底板高程72.733m，出口尺寸为7.700m×3.498m(宽×高)。尾水平台高程89.50m，尾水管出口设1扇检修闸门，2孔共用，由电动葫芦启闭。安装间紧靠主厂房右侧布置，平面尺寸为14.5m×16.4m(长×宽)，共2层，安装间地面层高程88.60m与发电机层齐平，底层高程83.12m与水轮机层齐平，布置有机电设备的水泵等。安装间下游侧设有5m×6m(宽×高)的大门1扇，与回车场连接。副厂房位于主厂房下游侧，紧靠主厂房布置，平面尺寸28.50m×6.50m(长×宽)。副厂房共分5层，底层高程77.731m；第2层高程83.12m，为高压开关柜室、厂用变压室、工具室，第3层高程86.10m，为电缆夹层，第4层高程88.60m，与主厂房发电机层同高，布置高压开关柜室和厂用电设备等：顶层高程93.80m，布置有中控室、通讯设备室、值班室及卫生间等，右侧有上下交通楼梯。左侧边墙及下游边墙均为钢筋混凝土防渗墙。110kV变电站布置在安装间、回车场的下游侧，有公路从变电站旁经过。变电站平面尺寸为50m×22m(长×宽)，地面高程88.40m。大坝及厂区交通由原电站左岸生活区接坝顶公路，从右坝头下至厂房下游侧进入厂房。3.2.3两岸连接建筑物右岸混凝土重力坝段与发电厂房主机间相连，坝段长45.184m，右岸布置拦河闸检修门库。混凝土重力坝总长45.184m，最大坝高约22.9m，坝顶高程98.50m，坝顶宽度5m，上游面垂直，下游坝坡为1:0.55，迎水面设C15混凝土作防渗体。左岸接头以利用旧厂房及原坝头为主，水闸与旧厂房的连接，其处理原则为：连接段的纵向缺口长8.654m，修建混凝土重力坝连接，其余纵向段旧厂房长9.856m，加修浆砌石挡墙，浆砌石挡墙欠高的长12.105m部分作挡墙加高，纵向与旧电站相连部分共长30.153m．横向段总长26.7m，其中6.3m为浆砌石挡墙，其余填筑C15混凝土至坝顶高程98.50m，原厂房进水口利用工作闸门封堵后，引水道内回填混凝土，其余旧建筑物内框回填石渣与坝顶高程相同。迎水面的加固处理方法为：新旧混凝土接触面先充分凿毛并安设锚杆，再外贴0.5m厚的C15钢筋混凝土防渗层，内砌浆砌石挡土墙的新旧接触面先凿成梯级形，再砌筑浆砌石挡土墙。挡墙基础砌在原旧浆砌石上，旧浆砌石部分采用充填灌浆处理加固。4　结论及今后工作意见(1)百侯电站的重建使下游各梯级增加发电效益，改善供电质量，也使供水与浇灌得到改善，促进地方经济发展，具有良好的社会经济效益，同时为上、下梯级水力连接起到了相互协调的作用，充分利用了水力资源。(2)本阶段在减少工程量、降低工程投资方面尽管做了大量工作，下一阶段在设计上还需进一步优化，并在有关部门的配合下，根据本工程的特点，利用当地的一切有利条件，尽可能降低工程投资，提高投资效益。(3)根据本阶段所进行的水工断面模型试验结果，水库原有的淤积对河闸泄流能力有较大的影响，为保证防洪安全和电站发电效率，对水库的淤积一定清淤，但水工断面模型试验无法确定清淤的合理范围，建议补做枢纽的整体模型试验。