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摘要：白坭塘水电站是东江干流梯级规划枫树坝以下的第6个梯级，是一宗以发电为主，结合航运等综合利用的大型水利工程，枢纽工程主要由拦河闸、电站厂房、通航船闸及变电站等组成，本文紧密结合灯泡贯流式电站枢纽布置和水工建筑物设计特点，旨在为低水头电站设计提供参考。
关键词：灯泡贯流式电站、枢纽布置、水工建筑、设计特点
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
白坭塘水电站工程位于广东省境内的东江干流上游枫树坝水库至东源县城河段蓝口镇白坭塘村, 是东江干流规划开发的梯级电站之一，枢纽工程为低水头径流式电站, 电站设计水头4.24m,总装机容量为2.6万kW, 灯泡贯流式水轮发电机组4台, 电站以发电为主, 兼有航运、旅游等多功能开发的大型枢纽工程。
枢纽主要建筑物由拦河闸、电站厂房、通航船闸及变电站等组成,船闸布置在河床右侧，按单线单级船闸设计，厂房位于左侧，为低水头河床式厂房，拦河闸居中布置，为开敞式结构，共14孔。
2 地质条件
工程区出露的地层为古生界的震旦系、寒武系形成的沉积岩类，泥盆系、白垩系等多个时期地壳运动形成的变质岩系，燕山期受地壳剧烈运动而形成火山岩类。表层覆盖较深厚的冲洪积层，以粗砂、砾砂为主，最大厚度达26m；下伏基岩为泥盆系～二迭系期间形成的变质岩系，主要有石灰岩、砂岩、石英岩、长石砂岩、劣质煤岩等，库区内未发现有大的不良地质构造、滑坡和崩塌体，工程区场地具有相对稳定性，场地地震基本烈度为Ⅵ度。
3 枢纽布置
3.1枢纽总布置
本工程的坝址选择，根据现场的地形地质、水力条件、枢纽布置、施工交通条件、工程投资等方面进行上、下坝线技术经济比较，经各方面综合分析,坝址选定在上坝线。
根据选定的坝轴线，综合研究枢纽最优布置方案，初设阶段比选了以下2种布置方案：
方案一：电站厂房布置在东江河道的左岸，船闸布置在东江河道的右岸，厂房与船闸之间布置14孔闸坝。
方案二：电站厂房布置在东江河道的右岸，船闸布置在东江河道的左岸，厂房与船闸之间布置14孔闸坝。
东江现主航道上坝线断面处靠河道右岸，船闸布置在右岸侧与主航道一致，拦河闸居中布置，顺应河势，水流平顺，条件优越，对船闸正常运行和电站进水条件均有利，东江河道左岸侧有阶地，地势平坦，河床强风化岩石顶板高程为37.54~43.29m，中风化岩石顶板高程为24.84~37.49m，厂房基础可座落在中风化岩基上，厂区布置方便。
上坝线左岸的对外交通运输主要是公路运输，工地右岸没有现成公路，须经东江上游约5km处的东江蓝口大桥修筑一条5km临时施工道路。由于厂房工程是整个枢纽中的关键项目，工程量大、技术复杂、建设工期长、运输量大、单件设备重。如选择方案二，将电站厂房布置在东江河道的右岸侧，则需提高右岸临时施工道路级别，增加临时工程费用。
综上所述，方案一为推荐方案，并经审查通过。
3.2水工模型试验
为进一步研究枢纽布置和水工建筑设计的合理性，开展了水工模型试验研究，试验包括拦河闸坝断面模型和枢纽整体模型水力试验。试验项目包括拦河闸坝溢流堰体型优化、泄流能力、流量系数、闸上下游水流流态和流速分布；拦河闸坝闸门控制运用方式，下游冲刷情况和影响范围，并观测下游河床的流态变化及其对下游河床和岸坡的冲刷影响程度；船闸上、下游引航道口门区的流态和流速分布及优化措施；发电厂房进、出水口的流速分布和流态等。
拦河闸坝断面模型试验结果表明，拦河闸坝布置方案，其过流能力满足泄洪、发电及通航要求。设计洪水时闸前水位壅高值为0.10m，校核洪水时闸前水位壅高值为0.22m，比设计计算结果低，尚有一定的安全余度，枢纽能满足泄流的要求。
经水工模型试验对电站进出水口进行优化，电站单独运行，以及电站发电、水闸弃水的运行工况下，电站进口水流均平顺稳定，流态较好，各机组流道进水口附近无吸气漩涡及其它不良流态产生，电站进口沿程水头损失约0.13m。电站尾水出口水流较为平顺，尾水出口无明显的壅水产生。
船闸上、下游口门区的流态，水工模型试验结果表明：当5年一遇洪水（Q=2184m3/s）泄洪闸全开泄洪时，上游口门受主槽水流的影响明显减小，口门横向流基本消除，上游口门区的水流流态较为平静稳定。上、下游口门区最大横向流速小于0.25m/s，最大回流流速小于0.4m/s，纵向流速小于1.0m/s，远小于航道规范2.0m/s的要求。
4 主要建筑物设计
4.1 闸坝设计
拦河闸坝轴线走向基本与河道垂直，拦河闸坝左端与电站厂房相接，右端与船闸上闸首相接，两端分别用导流墩和导航墙分隔,闸坝建基面置于强风化岩层上，最大泄洪流量（P＝1%校核洪水）为9098m3/s，单宽流量为46.42m3/s·m。
拦河闸为开敞式结构，堰型为宽顶堰，闸孔净宽14.0m，共14孔，泄流前缘总长231m，闸室顺水流向的长度为18.0m。根据闸室地基条件和结构构造特点，采用两孔一联的闸段布置，共7个闸段，基础底面高程为40.20m，墩顶高程为61.60m，中墩厚2.0m，缝墩厚3.0m，边墩厚1.5m。
闸室内工作闸门为平面钢闸门，上游设检修门，两闸门槽之间的净距为3.25m，下游设检修闸门，与工作闸门净距2.875m。工作闸门由设在工作桥上的14台2×400kN固定式卷扬机启闭，检修闸门由工作桥上的台车式卷扬机吊装。顶部闸坝交通桥位于工作桥上游侧，桥宽5.0m，桥面高程为61.60m。
4.2主厂房
电站厂房位于拦河闸左侧河床岸边，为低水头河床式厂房，装机容量为2.6万kW，与坝轴线平行布置。主厂房主要尺寸（长×宽×设备层以上高）为62.0×20.0×24.85m。安装间位于主厂房左端，长23.0m，宽及上部结构高与主厂房一致。主厂房内安装GZ1250a-WP-550型贯流灯泡式机组4台，单机容量6500kW，机组中心轴线安装高程为42.10m，流道全长75m，主厂房长62m，机组中心间距为14.24m。为避免河流中污物进入流道而影响水轮机工作，在流道首部进水口设有一道拦污栅，采用移动式清污机进行清污。拦污栅后设交通桥和检修闸门，检修闸门采用11×12.2m（孔口宽×高）检修平板钢闸门共设两扇，尾水出口处设有尾水事故闸门共四扇，一机一扇，用固定式启闭机操作。流道进口底板面高程为36.00m，进口尺寸11.0m×12.20m（孔口宽×高），流道出口底板高程为37.15m，出口尺寸9.90m×9.90m。出口頂高程为47.05m，下游最低尾水位（Q=100m³/s）为47.73m，可满足出口最小淹没深度的要求。
4.3 船闸设计
东江是广东省主要通航河流之一，白坭塘水电站船闸布置在右岸，上、下游引航道与原河床主航道相接，使船只通航顺畅。船闸闸室轴线与拦河闸坝轴线垂直，闸室布置在坝轴线的下游。船闸按单线单级船闸设计，船闸的上、下闸首口门的轴线不重叠，而是错开相隔一定距离（6.0m），保证船只进出方便。
4.4 金属结构设计
根据水工布置和电站厂房设计要求, 设置有相应的闸门、拦污栅及启闭设备, 承担水库调度运行、泄洪、机组引水、保护、厂房流道封堵以及闸门和门槽的检修等任务,水电站金属结构包括拦河闸坝、电站、船闸共三部分金属结构，主要包括闸门36扇，拦污栅6扇，启闭设备31台，清污机1台，设备总重量约2740.24t。
5 结论
白坭塘水电站于2008年9月已顺利竣工，目前运行正常。本文结合低水头灯泡贯流式电站枢纽布置和水工建筑物设计特点，为类似项目提供设计参考。
参考文献
[1] 白坭塘水电站工程初步设计报告；
[2] 大型水利枢纽总布置优化研究黄河水利出版社；
[3] 灯泡贯流式水电站 中国水利水电出版社。
关键词：灯泡贯流式电站、枢纽布置、水工建筑、设计特点
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
白坭塘水电站工程位于广东省境内的东江干流上游枫树坝水库至东源县城河段蓝口镇白坭塘村, 是东江干流规划开发的梯级电站之一，枢纽工程为低水头径流式电站, 电站设计水头4.24m,总装机容量为2.6万kW, 灯泡贯流式水轮发电机组4台, 电站以发电为主, 兼有航运、旅游等多功能开发的大型枢纽工程。
枢纽主要建筑物由拦河闸、电站厂房、通航船闸及变电站等组成,船闸布置在河床右侧，按单线单级船闸设计，厂房位于左侧，为低水头河床式厂房，拦河闸居中布置，为开敞式结构，共14孔。
2 地质条件
工程区出露的地层为古生界的震旦系、寒武系形成的沉积岩类，泥盆系、白垩系等多个时期地壳运动形成的变质岩系，燕山期受地壳剧烈运动而形成火山岩类。表层覆盖较深厚的冲洪积层，以粗砂、砾砂为主，最大厚度达26m；下伏基岩为泥盆系～二迭系期间形成的变质岩系，主要有石灰岩、砂岩、石英岩、长石砂岩、劣质煤岩等，库区内未发现有大的不良地质构造、滑坡和崩塌体，工程区场地具有相对稳定性，场地地震基本烈度为Ⅵ度。
3 枢纽布置
3.1枢纽总布置
本工程的坝址选择，根据现场的地形地质、水力条件、枢纽布置、施工交通条件、工程投资等方面进行上、下坝线技术经济比较，经各方面综合分析,坝址选定在上坝线。
根据选定的坝轴线，综合研究枢纽最优布置方案，初设阶段比选了以下2种布置方案：
方案一：电站厂房布置在东江河道的左岸，船闸布置在东江河道的右岸，厂房与船闸之间布置14孔闸坝。
方案二：电站厂房布置在东江河道的右岸，船闸布置在东江河道的左岸，厂房与船闸之间布置14孔闸坝。
东江现主航道上坝线断面处靠河道右岸，船闸布置在右岸侧与主航道一致，拦河闸居中布置，顺应河势，水流平顺，条件优越，对船闸正常运行和电站进水条件均有利，东江河道左岸侧有阶地，地势平坦，河床强风化岩石顶板高程为37.54~43.29m，中风化岩石顶板高程为24.84~37.49m，厂房基础可座落在中风化岩基上，厂区布置方便。
上坝线左岸的对外交通运输主要是公路运输，工地右岸没有现成公路，须经东江上游约5km处的东江蓝口大桥修筑一条5km临时施工道路。由于厂房工程是整个枢纽中的关键项目，工程量大、技术复杂、建设工期长、运输量大、单件设备重。如选择方案二，将电站厂房布置在东江河道的右岸侧，则需提高右岸临时施工道路级别，增加临时工程费用。
综上所述，方案一为推荐方案，并经审查通过。
3.2水工模型试验
为进一步研究枢纽布置和水工建筑设计的合理性，开展了水工模型试验研究，试验包括拦河闸坝断面模型和枢纽整体模型水力试验。试验项目包括拦河闸坝溢流堰体型优化、泄流能力、流量系数、闸上下游水流流态和流速分布；拦河闸坝闸门控制运用方式，下游冲刷情况和影响范围，并观测下游河床的流态变化及其对下游河床和岸坡的冲刷影响程度；船闸上、下游引航道口门区的流态和流速分布及优化措施；发电厂房进、出水口的流速分布和流态等。
拦河闸坝断面模型试验结果表明，拦河闸坝布置方案，其过流能力满足泄洪、发电及通航要求。设计洪水时闸前水位壅高值为0.10m，校核洪水时闸前水位壅高值为0.22m，比设计计算结果低，尚有一定的安全余度，枢纽能满足泄流的要求。
经水工模型试验对电站进出水口进行优化，电站单独运行，以及电站发电、水闸弃水的运行工况下，电站进口水流均平顺稳定，流态较好，各机组流道进水口附近无吸气漩涡及其它不良流态产生，电站进口沿程水头损失约0.13m。电站尾水出口水流较为平顺，尾水出口无明显的壅水产生。
船闸上、下游口门区的流态，水工模型试验结果表明：当5年一遇洪水（Q=2184m3/s）泄洪闸全开泄洪时，上游口门受主槽水流的影响明显减小，口门横向流基本消除，上游口门区的水流流态较为平静稳定。上、下游口门区最大横向流速小于0.25m/s，最大回流流速小于0.4m/s，纵向流速小于1.0m/s，远小于航道规范2.0m/s的要求。
4 主要建筑物设计
4.1 闸坝设计
拦河闸坝轴线走向基本与河道垂直，拦河闸坝左端与电站厂房相接，右端与船闸上闸首相接，两端分别用导流墩和导航墙分隔,闸坝建基面置于强风化岩层上，最大泄洪流量（P＝1%校核洪水）为9098m3/s，单宽流量为46.42m3/s·m。
拦河闸为开敞式结构，堰型为宽顶堰，闸孔净宽14.0m，共14孔，泄流前缘总长231m，闸室顺水流向的长度为18.0m。根据闸室地基条件和结构构造特点，采用两孔一联的闸段布置，共7个闸段，基础底面高程为40.20m，墩顶高程为61.60m，中墩厚2.0m，缝墩厚3.0m，边墩厚1.5m。
闸室内工作闸门为平面钢闸门，上游设检修门，两闸门槽之间的净距为3.25m，下游设检修闸门，与工作闸门净距2.875m。工作闸门由设在工作桥上的14台2×400kN固定式卷扬机启闭，检修闸门由工作桥上的台车式卷扬机吊装。顶部闸坝交通桥位于工作桥上游侧，桥宽5.0m，桥面高程为61.60m。
4.2主厂房
电站厂房位于拦河闸左侧河床岸边，为低水头河床式厂房，装机容量为2.6万kW，与坝轴线平行布置。主厂房主要尺寸（长×宽×设备层以上高）为62.0×20.0×24.85m。安装间位于主厂房左端，长23.0m，宽及上部结构高与主厂房一致。主厂房内安装GZ1250a-WP-550型贯流灯泡式机组4台，单机容量6500kW，机组中心轴线安装高程为42.10m，流道全长75m，主厂房长62m，机组中心间距为14.24m。为避免河流中污物进入流道而影响水轮机工作，在流道首部进水口设有一道拦污栅，采用移动式清污机进行清污。拦污栅后设交通桥和检修闸门，检修闸门采用11×12.2m（孔口宽×高）检修平板钢闸门共设两扇，尾水出口处设有尾水事故闸门共四扇，一机一扇，用固定式启闭机操作。流道进口底板面高程为36.00m，进口尺寸11.0m×12.20m（孔口宽×高），流道出口底板高程为37.15m，出口尺寸9.90m×9.90m。出口頂高程为47.05m，下游最低尾水位（Q=100m³/s）为47.73m，可满足出口最小淹没深度的要求。
4.3 船闸设计
东江是广东省主要通航河流之一，白坭塘水电站船闸布置在右岸，上、下游引航道与原河床主航道相接，使船只通航顺畅。船闸闸室轴线与拦河闸坝轴线垂直，闸室布置在坝轴线的下游。船闸按单线单级船闸设计，船闸的上、下闸首口门的轴线不重叠，而是错开相隔一定距离（6.0m），保证船只进出方便。
4.4 金属结构设计
根据水工布置和电站厂房设计要求, 设置有相应的闸门、拦污栅及启闭设备, 承担水库调度运行、泄洪、机组引水、保护、厂房流道封堵以及闸门和门槽的检修等任务,水电站金属结构包括拦河闸坝、电站、船闸共三部分金属结构，主要包括闸门36扇，拦污栅6扇，启闭设备31台，清污机1台，设备总重量约2740.24t。
5 结论
白坭塘水电站于2008年9月已顺利竣工，目前运行正常。本文结合低水头灯泡贯流式电站枢纽布置和水工建筑物设计特点，为类似项目提供设计参考。
参考文献
[1] 白坭塘水电站工程初步设计报告；
[2] 大型水利枢纽总布置优化研究黄河水利出版社；
[3] 灯泡贯流式水电站 中国水利水电出版社。