汉江王甫洲水利枢纽工程

汉江王甫洲水利枢纽

工程概况

 　　王甫洲水利枢纽是一个以发电为主，结合航运，兼有灌溉、养殖、旅游等综合效益的大（2）型水利工程。位于湖北省老河口市汉江干流上，上距丹江口水利枢纽30km，老河口市市区下游约3km处。是汉江干流16个梯级开发中的第10个梯级。水库正常蓄水位86.23m（黄海高程，下同），相应库容1.495亿m3，校核洪水位89.3m，总库容3.095亿m3。电站为低水头迳流式电站，装有4台奥地利制造的灯泡贯流式机组，总装机109MW，年发电量5.81亿kW.h，主要供电湖北省襄樊地区。水库可为2万亩灌区提供自流引水条件。船闸近期可通过300t级船队，远景可通过500t级船队。该工程后期对丹江口电站起反调节作用，它为推动汉江中下游的治理开发创造了条件，也有利于南水北调中线工程的实施。
 　　枢纽主要建筑物有右岸谷城土石坝，船闸，重力坝，电站厂房和老河道左、右岸土石坝。最大坝高33.9m。挡水前沿总长约19km。
 　　泄水闸位于主河道左岸、王甫洲右边滩地上，共23孔平底闸，闸孔净宽14.5m，高15.17m，地基为砂砾石。在设计及校核水位条件下，最大下泄流量分别为16870m3/s和20800m3/s。
　　电站厂房位于老河道出口约800m处。安装4台奥地利制造的灯泡贯流式机组，总装机109MW，转轮直径7.2m。厂房尺寸（长×宽×高）为132.65×81.96×47.67m。建基面为粘土岩。
 　　300t级船闸位于电站厂房右侧，中间隔有64.4m长的混凝土重力坝。重力坝坝高33.9m。船闸闸室尺寸（长×宽×吃水深）为120×12×2.5m。地基为粘土岩。
 　　枢纽工程由水利部和湖北省合资兴建。主体工程于1995年2月开工，2000年11月首台机组发电，2001年12月最后一台机组发电。总投资约20亿元。

湖北王甫州贯流式机组安装

工程主要特点

　　王甫洲电站为迳流式电站，坝址位于平原河谷，河谷宽广，地形复杂，上游有建成的具有巨大调节库容的丹江口水利枢纽，为王甫洲水利工程的兴建创造了有利条件；使得王甫洲洪峰流量大为减少；增加了电站的调节流量、装机容量和发电量；和基本不存在泥沙淤积对发电、航运影响的问题。但迳流式电站普遍存在单位装机和单位电能的工程量偏大、造价较高的缺点，王甫洲工程尤为突出。因此，工程要求在安全的前提下尽量降低造价。此外，老河口市城区位于坝址上游约3km处，如何减免水库蓄水后给城区带来的淹没和浸没，也是需要解决的问题。
 　　别具一格的枢纽布置 王甫洲水利枢纽坝址位于平原河谷，地形复杂，河道在此分叉为主河道和老河道两支，中间为王甫洲，洲长约7km，宽约3km。枯水期老河道不过水。因此，枢纽布置格外复杂。枢纽布置考虑的主要因素是：最大限度地满足发电和通航要求；少淹河谷滩地和王甫洲滩地；便于施工；从而达到满足工程任务要求和降低造价的目的。在枢纽布置工作中，设计做了大量的工作，包括选坝线和建筑物选型。通常所见到的枢纽布置，其坝轴线较短，建筑物布置在一直线上，以达到工程量最少的目的。但王甫洲枢纽最终选用的枢纽布置为“口袋式”。其坝轴线较通常的长了约10余km，这种奇特的枢纽布置是适应自然条件的结果。

 　　对低水头大流量的水电站而言，其水头显得十分宝贵。王甫洲枢纽在泄洪情况下，上下游水位差小，造成泄洪时难以发电。为此，在枢纽布置中利用了坝址区老河道的地形条件，将挡水坝和泄水闸布置在靠王甫洲洲头的主河道上，将电站厂房和船闸布置在靠王甫洲洲尾的老河道上，两者相距约7km，沿老河道两岸用低土石坝（围堤）连接。这种布置虽然延长了坝轴线10余公里，但有以下优点：
 　　⑴ 利用这段河道天然落差提高了电站水头2.5m，占提高后的设计水头7.5m的1/3，在宣泄各种频率洪水时均能发电，大大提高了发电量。
 　　⑵ 23孔泄水闸布置在主河道滩地上，简化了施工导流工程，取消了主河床围堰，缩短了工期，节约了工程投资。
 　　⑶ 船闸布置在老河道上靠近电站处，利用电站下泄流量通航，船只进出便利，不受泄水闸泄洪影响。
 　　⑷ 沿老河道两岸的低土石坝（围堤），利用泄水闸开挖的弃料（砂砾料）填筑，不仅解决了弃料堆放问题，所修建的围堤造价也低。 　　采用先进技术，土石坝防渗材料选用复合土工膜 在1993年初步设计中，经方案比较后，确定老河道两岸土石坝（围堤）采用复合土工膜防渗，经实施并运行后，取得了良好效果，为我国土石坝防渗选材开创了一条新的道路。
 　　老河道两岸土石坝（围堤），长约13km，坝高7-9m，坝体为砂砾石，坝基为中细砂和砂砾石，防渗型式采用复合土工膜斜墙加水平铺盖，其防渗面积约110万m2。1999年被水利部列为土工合成材料应用示范工程。同年10月在老河口市由水利部国际合作与科技司主持鉴定会，会议认为：“设计单位根据工程具体条件，充分利用当地材料，选用了复合土工膜防渗方案是适宜的和先进的，所进行的复合土工膜的选型试验、接缝方法研究、边坡稳定和渗流分析等工作，保证了方案的技术可靠性和经济合理性”；“采用两胶三缝粘接方式解决了PE和PVC膜间连接的难题，在国内尚无先例”；“经复核土工膜防渗工程决算，与原设计粘土防渗心墙加水平铺盖方案比较，节省直接投资3300万元，约占原防渗方案的46%，此外，从减少料场临时征地、运输道路修建以及节约能源等方面，还具有显著的间接经济效益和社会效益，同时缩短了工期”；“复合土工膜在汉江王甫洲水利枢纽围堤防渗工程中的应用成果总体上达到了国内领先水平，具有示范作用和推广价值”。
 　　选用灯泡贯流式机组 王甫洲水电站水头范围为3.7-10.3m，适应此水头段的水轮机有轴流转浆式和灯泡贯流式。以往灯泡贯流式机组在冷却、通风、止水、轴承支承结构和过渡过程的反水锤等方面存在一系列复杂技术难题，随着科技的进步，上述问题已得到较好的解决。在王甫洲电站机组选择工作中，我们对灯泡贯流式机组与轴流转浆式机组进行了详细的技术经济比较。与轴流转浆式水轮机相比，灯泡贯流式比转速高约40%；转轮直径小18%；额定点效率高3%；机组总重量减少31%；厂房总长度减少37%；土石方开挖量减少35%；混凝土工程量减少31%。王甫洲灯泡贯流式机组转轮直径为7.2m，单机容量27.25MW，这在当时是我国最大的。其单机最大过流能力为420m3/s。
 　　船闸输水系统采用集中输水倒口消能不设镇静段的布置型式 王甫洲船闸上下游水位差最大为10.3m。通常采用的集中输水倒口消能都要设置镇静段，因而增加了闸室长度和降低了输水效率。通过水工模型试验，对集中输水倒口消能的多种方案研究后，提供了一种新的倒口消能型式，它可以不设镇静段。与分散式输水系统相比，在闸室内不设廊道，从而可抬高闸底板建基面高程，节省了基岩挖方和混凝土工程数量，闸室结构也简单。