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【摘要】：黄丰水电站工程是黄河上游龙羊峡—刘家峡河段中的第十个梯级，本阶段拟定了3个方案：左岸河床厂房5台（贯流机组）方案、右岸滩地厂房5台（贯流机组）方案、左岸河床厂房3台（轴流机组）方案，从拦沙排沙效果、施工条件、机组比较、土建工程量及投资、施工工期等几个方面进行方案比选，确定工程最优方案。
【关键词】：黄丰水电站；左岸河床方案；右岸滩地方案；方案比选
1.工程概况
黄丰水电站位于青海省循化县境内的黄河干流上，是黄河上游龙羊峡—刘家峡河段中的第十个梯级。电站位于青海省循化县街子镇，上游距苏只水电站9km，水库末端与苏只水电站尾水衔接；距下游积石峡水电站35km。坝址距西宁公路里程159km，交通条件便利。
2.设计基本资料
2.1工程等别及建筑物级别
枢纽主要由右岸复合土工膜砂砾石坝、泄洪闸、河床式电站厂房、左岸重力挡水副坝段及中控楼、GIS开关站等建筑物组成。
本电站水库总库容0.59亿m3，装机容量225MW。电站枢纽属三等工程，工程规模为中型。右岸复合土工膜砂砾石坝、泄洪闸及河床电站厂房等永久性主要水工建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时性建筑物级别为5级。水工建筑物抗震设防烈度为7度。
本工程永久挡水建筑物和泄水建筑物设计洪水重现期采用100年，相应洪峰流量5350m3/s；校核洪水重现期标准选取兼故土石坝和砼坝两者要求，采用1000年，相应洪峰流量5960m3/s；消能防冲设计洪水标准按30年一遇洪水设计，相应洪水流量为Q=4600m3/s。
3.黄丰水电站工程枢纽总体布置方案拟定
3.1枢纽总体布置的原则
本工程设计利用水头仅16m，发电引用流量达1570m3/s，对于低水头、大流量的径流式电站，工程实践经验表明适合采用河床式电站的布置型式。从地形地质条件看：坝址处河道顺直、河谷宽阔、河漫滩发育、主河床覆盖层厚度较浅、两岸阶地覆盖层深厚，泄水建筑物和电站厂房等优先布置在主河床基岩上、两岸连接副坝应优先考虑土石坝以节约工程量，电站施工宜利用主河床扩挖成导流明渠导流。建筑物的布置应从施工导流、防沙排沙条件、施工占地、土建工程量、工程投资以及施工工期、左右岸的交通问题等多方面综合考虑布置方案。
3.2枢纽布置比较方案的拟定
本阶段围绕枢纽布置原则、坝址地形地质条件和施工导流布置等要求，拟定了3个代表性方案进行比较，3个代表性方案平面布置图见表3.1。
方案1：左岸河床厂房5台（贯流机组）方案：枢纽由左至右依次布置有河床式电站厂房、泄洪闸、右岸土工膜砂砾石坝等建筑物。枢纽前沿总长度548.5m，坝顶高程1883.50m，最大坝高45.2m。水电站为河床式厂房，主厂房坝段长95.20m，顺水流方向宽69.65m。布置在厂房坝段左侧的安装间坝段长40m，左副坝11.5m。厂内安装5台GZ（773）-WP-600型贯流式水轮发电机组，单机容量45MW。副厂房布置在安装间下游的尾水平台上。3台变压器分别布置在主机间下游的尾水平台上，中控楼、GIS开关站布置在安装间下游左侧。泄水闸位于主河床紧临电站厂房布置，设3孔，孔口尺寸14m×9.2m（宽×高），采用缝墩结构，泄水闸坝段总长度67.5m，泄流能力按千年一遇校核洪水确定的泄水闸最大泄量5467m3/s，采用底流消能，总池长74.0m，池宽59.5m。土工膜砂砾石坝最大坝高23.5m，坝顶长358.80m，坝顶宽度8m，坝顶高程1883.50m。
左岸厂房五台机方案分两期导流：第一期导流由右岸岸边砂砾石坎挡水，原河床过水，进行右岸明渠的施工。同时施工一期枯期土石围堰纵向段、左岸上坝公路。第1年12月～第2年6月，枯期围堰围护左侧基坑，右岸明渠过流，主要进行基坑开挖、泄洪闸右导墙的砼浇筑。第2年7月～第3年10月，上下游全年围堰与泄洪闸右导墙相接而围护基坑，枯期纵向围堰已被拆除，仍由右岸明渠过流，主要进行泄洪闸砼浇筑、厂房安装间砼浇筑、金属结构安装及机组安装。第3年11月，右岸河床截流开始第二期导流。泄洪闸过水，河床上、下游横向围堰挡水，其中上游横向围堰与土石坝结合布置，填筑土石坝，至第4年3月土石坝填至坝顶。同时厂房坝段、闸门具备挡水条件，完建厂房。
方案2：右岸滩地厂房5台（贯流机组）方案：右岸滩地方案枢纽由左至右依次布置有土工膜砂砾石坝、安装间及副厂房坝段、电站厂房、泄洪闸、右岸副坝等建筑物。枢纽前沿总长度581.0m，坝顶高程1883.50m，最大坝高45.2m。厂房及泄水闸泄水闸结构尺寸与左岸厂房五台机方案相同。土工膜砂砾石坝最大坝高24.5m，坝顶长302.80m。
右岸滩地方案分两期导流：第一期导流，第1年12月～第3年10月，岸边纵向围堰挡水，原河床过水，进行右岸滩地泄洪闸及发电厂房等主体工程的施工。第二期导流：第3年11月，右岸河床截流。泄洪闸过水，河床上、下游横向围堰挡水，其中上游横向围堰与土石坝结合布置，填筑土石坝，至第4年6月土石坝填至坝顶。同时厂房坝段、闸门具备挡水条件，完建厂房。
方案3：左岸河床厂房3台（轴流机组）方案：枢纽由左至右依次布置有电站厂房、泄洪闸、右岸土工膜砂砾石坝等建筑物。枢纽前沿总长度556.6m，坝顶高程1883.50m，最大坝高49.0m。水电站为河床式厂房，主厂房坝段长92.0m，顺水流方向宽73.79m。布置在厂房坝段左侧的安装间坝段长51.3m，左副坝11.5m厂内安装3台ZZ（620）-LH-840型轴流式水轮发电机组，单机容量75MW。副厂房布置在主机间下游的尾水平台下。3台变压器分别布置在主机间下游的尾水平台上，中控楼、GIS开关站布置在安装间下游左侧。泄水闸及砂砾石坝的结构尺寸与左岸厂房五台机方案相同。左岸厂房三台机方案分两期导流：导流形式同方案1。 方案1平面布置示意图方案2平面布置示意图方案3平面布置示意图
3.3枢纽布置比较方案的综合比选
3.3.1方案1与方案2的综合比选
方案1-河床厂房（5台贯流机组）方案与方案2-滩地厂房（5台贯流机组）方案从以下几个方便比较：
（1）拦沙排沙效果：河床厂房方案泄水建筑物布置在主河道中心，泄水闸进口正对来水的主流，模型试验证明具有良好的排沙效果，经过低水位拉沙，河道及支沟来沙基本不进入拦砂坎。滩地厂房方案泄水建筑物布置在主河道右侧，泄水闸进口来水的主流的夹角较大，与盐沟的来水方向夹角更大，而盐沟是水库泥沙的重要来源，所以其排沙效果较差。从排沙效果来看河床厂房方案明显优于滩地厂房方案。
（2）施工条件：坝址区左岸主要为荒坡荒滩及少量林地，右岸主要分布林地、果园及居民区。因此施工设施主要布置在左岸。河床厂房方案的厂房泄水闸基坑位于左岸，比邻混凝土拌和系统、砂石料筛分系统及其他主要施工设施，运距短，交通方便。滩地厂房方案的厂房泄水闸基坑位于右岸，混凝土、钢筋等主要材料均需过河运输，运距较远，且依赖于拟建中的下游沟通左右岸交通的黄河大桥，对大桥的交通压力也较大。因此河床厂房方案在施工、运输方面明显优于滩地厂房方案。
（3）土建工程量及投资。河床厂房（5台贯流）方案与滩地厂房（5台贯流）方案的混凝土、钢筋基灌浆工程量基本相当，覆盖层开挖、石方开挖和土石方填筑工程量河床厂房方案明显小于与滩地厂房方案，围堰工程量河床厂房方案大于滩地厂房方案，综合比较两方案工程基本相当，土建工程投资河床方案少3526.1万元，河床方案较优。
（4）施工工期。河床厂房方案施工总工期为40个月，首台机发电工期30个月，工程完建期10个月。滩地方案施工总工期为41个月，发电工期31个月，工程完建期11个月。河床方案略优于滩地方案。
综合上述比较，方案1-左岸河床厂房（5台贯流）方案优于方案2右岸滩地厂房（5台贯流）方案。
3.3.2方案1与方案3的综合比选
方案1-左岸河床厂房（5台贯流）与比较方案3-左岸河床厂房（3台轴流）。两个方案从以下几个方面比较：
（1）拦沙排沙效果：左岸河床厂房（3台轴流）方案泄水建筑物布置在主河道中心，泄水闸进口正对来水的主流，具有良好的排沙效果，经过低水位拉沙，河道及支沟来沙基本不进入拦砂坎。
（2）施工条件：左岸河床厂房（3台轴流）方案厂房泄水闸基坑位于左岸，比邻混凝土拌和系统、砂石料筛分系统及其他主要施工设施，运距短，交通方便。
（3）机组比较：左岸河床厂房（3台轴流）方案轴流机组技术成熟，制造、采购及运行不确定因素少，安装工期较贯流机组短且有保证；但轴流机组重量比贯流机组重750t，效率较贯流机组低2%～3%。电站进出口闸门及启闭设备重量较贯流机组小731t。
单机45MW贯流机组目前国内经验较少，设备制造、采购、安装工期和水平、保证率均不如轴流机组有保证；但贯流机组重量轻，效率高，厂房土建工程量少。
（4）土建工程量及投资：两方案钢筋、灌浆工程量、土石方填筑工程基本相当，左岸河床厂房（3台轴流）方案混凝土量、覆盖层开挖、石方开挖相对较大。土建工程投资河床方案少3869万元，左岸河床厂房（5台贯流）方案方案较优。
（5）施工工期：河床厂房方案施工总工期为40个月，首台机发电工期30个月，工程完建期10个月。滩地方案施工总工期为41个月，发电工期31个月，工程完建期11个月。
综合上述比较，方案1-左岸河床厂房（5台贯流）方案优于方案3-左岸河床厂房（3台轴流）方案。
4.结论
从拦沙排沙效果、施工条件、机组比较、土建工程量、工程投资以及施工工期等方面综合比选，可知方案1-左岸河床厂房5台（贯流机组）方案略优于其余2个方案，因此本阶段推荐方案1-左岸河床厂房5台（贯流机组）方案枢纽布置。
参考文献
[1]中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.黄河黄丰水电站工程可行性研究报告[R]2009.
[2]凌春海.红花水电站枢纽布置和建筑物优化设计[J].人民珠江，2007（01）.
[3]王小青等.黄河沙坡头水利枢纽水电站设计[J].水利水电工程设计，2003（04）.
[4]朱维花.鹿儿台水电站防排沙系统设计[J].小水站，2005（02）.
[5]蔡建伟.莲麓一级水电站枢纽导流设计[J].甘肃水利水电技术，2010，（01）.
作者简介：
甄燕（1985.12-），女，内蒙宁城人，兰州理工大学学士，工程师，单位：中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，研究方向：水利水电工程设计工作。
李金霖（1984.08-），男，甘肃灵台人，兰州理工大学学士，工程师，单位：陕西省引汉济渭工程建设有限公司，研究方向：水利水电工程管理工作。
张博（1984.04-），男，陕西兴平人，西安理工大学硕士，工程师，单位：中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，研究方向：水利水电工程设计工作。
【关键词】：黄丰水电站；左岸河床方案；右岸滩地方案；方案比选
1.工程概况
黄丰水电站位于青海省循化县境内的黄河干流上，是黄河上游龙羊峡—刘家峡河段中的第十个梯级。电站位于青海省循化县街子镇，上游距苏只水电站9km，水库末端与苏只水电站尾水衔接；距下游积石峡水电站35km。坝址距西宁公路里程159km，交通条件便利。
2.设计基本资料
2.1工程等别及建筑物级别
枢纽主要由右岸复合土工膜砂砾石坝、泄洪闸、河床式电站厂房、左岸重力挡水副坝段及中控楼、GIS开关站等建筑物组成。
本电站水库总库容0.59亿m3，装机容量225MW。电站枢纽属三等工程，工程规模为中型。右岸复合土工膜砂砾石坝、泄洪闸及河床电站厂房等永久性主要水工建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时性建筑物级别为5级。水工建筑物抗震设防烈度为7度。
本工程永久挡水建筑物和泄水建筑物设计洪水重现期采用100年，相应洪峰流量5350m3/s；校核洪水重现期标准选取兼故土石坝和砼坝两者要求，采用1000年，相应洪峰流量5960m3/s；消能防冲设计洪水标准按30年一遇洪水设计，相应洪水流量为Q=4600m3/s。
3.黄丰水电站工程枢纽总体布置方案拟定
3.1枢纽总体布置的原则
本工程设计利用水头仅16m，发电引用流量达1570m3/s，对于低水头、大流量的径流式电站，工程实践经验表明适合采用河床式电站的布置型式。从地形地质条件看：坝址处河道顺直、河谷宽阔、河漫滩发育、主河床覆盖层厚度较浅、两岸阶地覆盖层深厚，泄水建筑物和电站厂房等优先布置在主河床基岩上、两岸连接副坝应优先考虑土石坝以节约工程量，电站施工宜利用主河床扩挖成导流明渠导流。建筑物的布置应从施工导流、防沙排沙条件、施工占地、土建工程量、工程投资以及施工工期、左右岸的交通问题等多方面综合考虑布置方案。
3.2枢纽布置比较方案的拟定
本阶段围绕枢纽布置原则、坝址地形地质条件和施工导流布置等要求，拟定了3个代表性方案进行比较，3个代表性方案平面布置图见表3.1。
方案1：左岸河床厂房5台（贯流机组）方案：枢纽由左至右依次布置有河床式电站厂房、泄洪闸、右岸土工膜砂砾石坝等建筑物。枢纽前沿总长度548.5m，坝顶高程1883.50m，最大坝高45.2m。水电站为河床式厂房，主厂房坝段长95.20m，顺水流方向宽69.65m。布置在厂房坝段左侧的安装间坝段长40m，左副坝11.5m。厂内安装5台GZ（773）-WP-600型贯流式水轮发电机组，单机容量45MW。副厂房布置在安装间下游的尾水平台上。3台变压器分别布置在主机间下游的尾水平台上，中控楼、GIS开关站布置在安装间下游左侧。泄水闸位于主河床紧临电站厂房布置，设3孔，孔口尺寸14m×9.2m（宽×高），采用缝墩结构，泄水闸坝段总长度67.5m，泄流能力按千年一遇校核洪水确定的泄水闸最大泄量5467m3/s，采用底流消能，总池长74.0m，池宽59.5m。土工膜砂砾石坝最大坝高23.5m，坝顶长358.80m，坝顶宽度8m，坝顶高程1883.50m。
左岸厂房五台机方案分两期导流：第一期导流由右岸岸边砂砾石坎挡水，原河床过水，进行右岸明渠的施工。同时施工一期枯期土石围堰纵向段、左岸上坝公路。第1年12月～第2年6月，枯期围堰围护左侧基坑，右岸明渠过流，主要进行基坑开挖、泄洪闸右导墙的砼浇筑。第2年7月～第3年10月，上下游全年围堰与泄洪闸右导墙相接而围护基坑，枯期纵向围堰已被拆除，仍由右岸明渠过流，主要进行泄洪闸砼浇筑、厂房安装间砼浇筑、金属结构安装及机组安装。第3年11月，右岸河床截流开始第二期导流。泄洪闸过水，河床上、下游横向围堰挡水，其中上游横向围堰与土石坝结合布置，填筑土石坝，至第4年3月土石坝填至坝顶。同时厂房坝段、闸门具备挡水条件，完建厂房。
方案2：右岸滩地厂房5台（贯流机组）方案：右岸滩地方案枢纽由左至右依次布置有土工膜砂砾石坝、安装间及副厂房坝段、电站厂房、泄洪闸、右岸副坝等建筑物。枢纽前沿总长度581.0m，坝顶高程1883.50m，最大坝高45.2m。厂房及泄水闸泄水闸结构尺寸与左岸厂房五台机方案相同。土工膜砂砾石坝最大坝高24.5m，坝顶长302.80m。
右岸滩地方案分两期导流：第一期导流，第1年12月～第3年10月，岸边纵向围堰挡水，原河床过水，进行右岸滩地泄洪闸及发电厂房等主体工程的施工。第二期导流：第3年11月，右岸河床截流。泄洪闸过水，河床上、下游横向围堰挡水，其中上游横向围堰与土石坝结合布置，填筑土石坝，至第4年6月土石坝填至坝顶。同时厂房坝段、闸门具备挡水条件，完建厂房。
方案3：左岸河床厂房3台（轴流机组）方案：枢纽由左至右依次布置有电站厂房、泄洪闸、右岸土工膜砂砾石坝等建筑物。枢纽前沿总长度556.6m，坝顶高程1883.50m，最大坝高49.0m。水电站为河床式厂房，主厂房坝段长92.0m，顺水流方向宽73.79m。布置在厂房坝段左侧的安装间坝段长51.3m，左副坝11.5m厂内安装3台ZZ（620）-LH-840型轴流式水轮发电机组，单机容量75MW。副厂房布置在主机间下游的尾水平台下。3台变压器分别布置在主机间下游的尾水平台上，中控楼、GIS开关站布置在安装间下游左侧。泄水闸及砂砾石坝的结构尺寸与左岸厂房五台机方案相同。左岸厂房三台机方案分两期导流：导流形式同方案1。 方案1平面布置示意图方案2平面布置示意图方案3平面布置示意图
3.3枢纽布置比较方案的综合比选
3.3.1方案1与方案2的综合比选
方案1-河床厂房（5台贯流机组）方案与方案2-滩地厂房（5台贯流机组）方案从以下几个方便比较：
（1）拦沙排沙效果：河床厂房方案泄水建筑物布置在主河道中心，泄水闸进口正对来水的主流，模型试验证明具有良好的排沙效果，经过低水位拉沙，河道及支沟来沙基本不进入拦砂坎。滩地厂房方案泄水建筑物布置在主河道右侧，泄水闸进口来水的主流的夹角较大，与盐沟的来水方向夹角更大，而盐沟是水库泥沙的重要来源，所以其排沙效果较差。从排沙效果来看河床厂房方案明显优于滩地厂房方案。
（2）施工条件：坝址区左岸主要为荒坡荒滩及少量林地，右岸主要分布林地、果园及居民区。因此施工设施主要布置在左岸。河床厂房方案的厂房泄水闸基坑位于左岸，比邻混凝土拌和系统、砂石料筛分系统及其他主要施工设施，运距短，交通方便。滩地厂房方案的厂房泄水闸基坑位于右岸，混凝土、钢筋等主要材料均需过河运输，运距较远，且依赖于拟建中的下游沟通左右岸交通的黄河大桥，对大桥的交通压力也较大。因此河床厂房方案在施工、运输方面明显优于滩地厂房方案。
（3）土建工程量及投资。河床厂房（5台贯流）方案与滩地厂房（5台贯流）方案的混凝土、钢筋基灌浆工程量基本相当，覆盖层开挖、石方开挖和土石方填筑工程量河床厂房方案明显小于与滩地厂房方案，围堰工程量河床厂房方案大于滩地厂房方案，综合比较两方案工程基本相当，土建工程投资河床方案少3526.1万元，河床方案较优。
（4）施工工期。河床厂房方案施工总工期为40个月，首台机发电工期30个月，工程完建期10个月。滩地方案施工总工期为41个月，发电工期31个月，工程完建期11个月。河床方案略优于滩地方案。
综合上述比较，方案1-左岸河床厂房（5台贯流）方案优于方案2右岸滩地厂房（5台贯流）方案。
3.3.2方案1与方案3的综合比选
方案1-左岸河床厂房（5台贯流）与比较方案3-左岸河床厂房（3台轴流）。两个方案从以下几个方面比较：
（1）拦沙排沙效果：左岸河床厂房（3台轴流）方案泄水建筑物布置在主河道中心，泄水闸进口正对来水的主流，具有良好的排沙效果，经过低水位拉沙，河道及支沟来沙基本不进入拦砂坎。
（2）施工条件：左岸河床厂房（3台轴流）方案厂房泄水闸基坑位于左岸，比邻混凝土拌和系统、砂石料筛分系统及其他主要施工设施，运距短，交通方便。
（3）机组比较：左岸河床厂房（3台轴流）方案轴流机组技术成熟，制造、采购及运行不确定因素少，安装工期较贯流机组短且有保证；但轴流机组重量比贯流机组重750t，效率较贯流机组低2%～3%。电站进出口闸门及启闭设备重量较贯流机组小731t。
单机45MW贯流机组目前国内经验较少，设备制造、采购、安装工期和水平、保证率均不如轴流机组有保证；但贯流机组重量轻，效率高，厂房土建工程量少。
（4）土建工程量及投资：两方案钢筋、灌浆工程量、土石方填筑工程基本相当，左岸河床厂房（3台轴流）方案混凝土量、覆盖层开挖、石方开挖相对较大。土建工程投资河床方案少3869万元，左岸河床厂房（5台贯流）方案方案较优。
（5）施工工期：河床厂房方案施工总工期为40个月，首台机发电工期30个月，工程完建期10个月。滩地方案施工总工期为41个月，发电工期31个月，工程完建期11个月。
综合上述比较，方案1-左岸河床厂房（5台贯流）方案优于方案3-左岸河床厂房（3台轴流）方案。
4.结论
从拦沙排沙效果、施工条件、机组比较、土建工程量、工程投资以及施工工期等方面综合比选，可知方案1-左岸河床厂房5台（贯流机组）方案略优于其余2个方案，因此本阶段推荐方案1-左岸河床厂房5台（贯流机组）方案枢纽布置。
参考文献
[1]中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.黄河黄丰水电站工程可行性研究报告[R]2009.
[2]凌春海.红花水电站枢纽布置和建筑物优化设计[J].人民珠江，2007（01）.
[3]王小青等.黄河沙坡头水利枢纽水电站设计[J].水利水电工程设计，2003（04）.
[4]朱维花.鹿儿台水电站防排沙系统设计[J].小水站，2005（02）.
[5]蔡建伟.莲麓一级水电站枢纽导流设计[J].甘肃水利水电技术，2010，（01）.
作者简介：
甄燕（1985.12-），女，内蒙宁城人，兰州理工大学学士，工程师，单位：中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，研究方向：水利水电工程设计工作。
李金霖（1984.08-），男，甘肃灵台人，兰州理工大学学士，工程师，单位：陕西省引汉济渭工程建设有限公司，研究方向：水利水电工程管理工作。
张博（1984.04-），男，陕西兴平人，西安理工大学硕士，工程师，单位：中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，研究方向：水利水电工程设计工作。