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1、戈枕水利枢纽渠首建筑物优化设计1工程概况戈枕水利枢纽工程位于海南省西部东方县和昌江县境内，是海南岛第二大河流昌化江干流三个梯级规划电 站的最下游一个梯级。坝址位于大广坝水电站下游27km，为低水头河床式电站，具有日调节性能。戈枕水利枢 纽以灌溉、供水为主，兼顾发电等综合效益。戈枕水利枢纽工程属于II等大（2）型工程，其挡水建筑物包括混凝土重力坝和均质土坝。本工程灌溉引水工 程包括低干渠、中干渠，灌溉面积60多万亩。中、低干渠渠首部建筑物主要包括灌溉管、渠首电站等。中 干渠进水口布置在土坝坝段。中干渠出口明渠处设一中干渠分水渠（中分渠）引水至低干渠。低干渠进水口布 于混凝土坝体坝段，利用灌溉引水
2、水头在低干渠渠首安装2台单机容量1MW水轮机组发电。低干渠尾水渠处设 一低干渠分水渠（低分渠）补给水至河床。2007年2月26日，本工程正式开工，2008年4月22日，工程截流成功，2009年6月15日工程下闸蓄水， 2009年6月30日首台机组发电，2009年8月全部机组投产发电。2渠首建筑物招标设计优化戈枕水利枢纽渠首建筑物包括中干渠和低干渠首部建筑物等。中干渠灌溉引用设计流量为40.50m3/s，加大 流量为48.00 m3/s。低干渠灌溉引用设计流量为13.50m3/s，加大流量为15.50 m3/s。中、低干渠从水库中引水 的最低水位为48.00m，最高水位为54.00m。中干渠渠首
3、水位为47.00m，低干渠渠首水位为35.54m。从初步设计到招标设计，渠首建筑物的布置进行了设计优化，其优化内容如下。1）中干渠中干渠渠首具有16m的利用水头，可供发电及灌溉。在土坝下游处布置一个渠首电站，电站后接一条灌 溉管。经过渠首电站的开挖量、钢筋、混凝土、机电设备等主要工程量估算，造价很高，且动能经济分析后， 经济指标不好，就取消了渠首电站，仅存灌溉管。为控制灌溉管取水流量，在灌溉管出口处设一灌溉闸门室，采用弧形闸门启闭。2）低干渠低干渠渠道在初步设计前已经形成，并初具规模，常年过水流量为10m3/s左右，且在修建首部建筑物时不 能断流。因此，低干渠渠首建筑物的布置应考虑与现有渠道的
4、有机衔接，协调布置。渠首具有1318m的利用 水头，可供发电及灌溉。在重力坝下游布置一个渠首电站。为保证渠首电站事故检修时向低干渠正常供水，在 渠首电站旁设一条有专门的灌溉管。为控制灌溉管取水流量，在灌溉管出口处设一灌溉闸门室，采用弧形闸门 启闭。初步设计时戈枕电站回车场高程为30.80m，引水发电管道中心线高程为31.00m,给低干渠引水发电管道（回 车场段）的布置带来一定的困难，比较了回车场段管道深埋及架空2种布置形式，最后选定为深埋形式。招标 设计时，戈枕电站回车场高程上调，高程为34.30m，引水发电管道（回车场段）采用浅埋式引水涵管。3）通过以上优化，中、低干渠渠首建筑物主要布置见图
5、1招标设计渠首建筑物平面布置图。中干渠渠首建 筑物主要由进水口、灌溉管、灌溉闸门室、出口、交通桥等组成。进水口设拦污栅和一道检修闸门。低干渠渠 首建筑物由进水口、引水管道、渠首电站、灌溉管、灌溉闸门室、出口等组成。引水管道由1条主管分成3条 支管，其中1条支管接灌溉管，其余2条支管接渠首电站。灌溉闸门室和渠首电站之后合并一出口，接低干渠。 渠首电站自左向右布置为安装间、主机间及副厂房。副厂房底部有灌溉管通过。为抵挡厂房下游洪水进入戈枕电站厂房厂区，低干渠渠首电站左侧布一道防洪堤，堤长260.00m，宽6.00m, 与进场公路平行，一直延伸到高于洪水位置。右侧布一道防洪墙，与戈枕电站尾水平台相接
6、。为在枯水期给河 道补给水，在渠首电站之后设一条低分渠，接入天然河道。图1 招标设计渠首建筑物平面布置图3渠首建筑物技施设计优化从招标设计到技施设计，渠首建筑物同样进行了优化设计，其优化内容如下。1）中干渠水库蓄水后，中干渠进水口前的水面距离左、右岸岸坡较远，水面漂浮物较少，即使有点漂浮物，经过渠 道时可以打捞，就取消了进水口拦污栅。在中干渠灌溉管上控制取水有2个位置，即在出口的灌溉闸门室安装弧形闸门控制，或在进水口设一道工 作平板闸门控制。对这2个位置分别从造价、方便操作等方面进行比较，后者占优势些，就取消了出口的灌溉 闸门室，在进水口增设一道工作平板闸门。2）低干渠考虑到灌溉管出口的尾部闸
7、门室设弧形闸门，弧形闸门支跤高程为33.500m，低于低干渠水面线高程35.540m,存在长期水下运行等不佳工况，当遇机组检修或发生故障，如弧形闸门恰好启闭失灵时，会造成低干 渠短期断水，达不到低干渠渠道不能断流的要求。为保证低干渠供水，消除运行安全隐患，通过方案比较，优 化成从中干渠侧引水方案。即取消了低干渠的灌溉管和灌溉闸门室，增加了中分渠渠道。即从中干渠渠首引水 至低干渠渠首的渠道，中分渠取水口布于中干渠明渠出口的右侧。取消低干渠的灌溉管后，引水管道由3条支管改为2条支管。考虑尽量缩短引水线路、并使线路平顺，2 条支管中心线调整为与引水主管中心线平行，岔管调整为对称“Y”形布置。支管后的
8、渠首电站进行相应的调 整。为避免渠首电站厂区外的大量排水沿进场公路流入厂区集水井需进行集中抽排，考虑在混凝土坝后设一道 防洪墙，与渠首电站的左侧防洪墙相连，形成一个封闭圈，以阻止厂区外的大量排水流入厂区，也起到抵挡厂 房下游洪水的作用。基于上述原因取消了渠首电站左侧长260.00m的防洪堤,增设一 “L”型防洪墙，与进场公 路相交处设一道防洪门。渠首电站左侧的防洪堤优化成一道防洪墙后，进入渠首电站安装间的大门路线不顺畅，给机电设备运输带 来极大的不便；若调整安装间在副厂房位置，这样安装间大门与戈枕电站安装间大门相对，为渠首电站操作运 行能带来方便。所以渠首电站的安装间和副厂房的位置进行了对调布
9、置。3）通过以上优化，中、低干渠渠首建筑物主要布置见图2技施阶段渠首建筑物平面布置图。中干渠渠首建 筑物主要由进水口、灌溉管、出口、交通桥、中分渠等组成。进水口设一道检修闸门和一道工作闸门。在出口 设一中分渠，在渠首电站机组检修或正常停机时给低干渠供水。低干渠渠首建筑物由进水口、引水管道、渠首 电站、出口、低分渠等组成。引水管道从1条主管分成2条支管，后接渠首电站。出口接低干渠。渠首电站自 左向右布置为副厂房、主机间和安装间。低干渠渠首电站左侧布一道L”型防洪墙，与混凝土大坝相接。在渠 首电站之后设一条低分渠，接入天然河道，在枯水期给河道补给水。图2技施设计渠首建筑物平面布置图4结语通过招标设
10、计和技施设计两个阶段的设计优化，中、低干渠渠首建筑物的布置经济合理，技术可靠，运行 安全，满足取水灌溉和发电的要求，充分发挥了效益。本工程竣工4年来，中、低干渠渠首建筑物正常运行。从初步设计到技施设计过程中，对中、低干渠渠首建筑物的布置作以下几点深刻地总结。（1）重视方案布置。本工程时间紧迫，设计项目繁多，应从多个角度分析、论证方案布置的经济合理性， 把握各建筑物之间的整体关系。（2）掌握细节。在初步设计，为满足低干渠引水灌溉和全年不断水，设置了专门的灌溉管，管道出口处利 用弧形闸门控制低干渠取水。在技施设计，发现弧形闸门存在长期水下运行等不佳工况，当遇机组检修或发生 故障，如弧形门恰好启闭失灵时，会造成低干渠短期断水。由此看来，未抓住弧形闸门运行存在不佳工况这一 细节，使布置上做出了很大改动，即取消了灌溉管，增设中分渠。（3）根据布置变化及时调整布置。在技施阶段，工程布置上发生了很多变化。比如取消了低干渠灌溉管， 增设了中分渠；增设了渠首电站左侧的防洪墙，替代了大部分防洪堤。这些布置的变化影响了渠首电站的布置， 及时调换了安装间和副厂房的位置。
