水電規(guī)劃與工程設(shè)計技術(shù)

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1雅礱江流域概況

　　雅礱江系金沙江的最大支流，發(fā)源于青海省玉樹縣境內(nèi)的巴顏喀拉山南麓，自西北向東南流經(jīng)甘孜、涼山兩州，在攀枝花市的裸果注入金沙江。從河源至江口，干流全長1571km，流域面積約13.6萬k㎡，天然落差3830m，河口多年平均流量1890m³/s，年徑流量596億m³。

　  雅礱江流域地處青藏高原東南部，位于金沙江和大渡河之間，為一南北長約950km，東西平均寬約135km的狹長地帶。河系為羽狀發(fā)育。流域東、北、西三面大部分為海拔4000m以上的高山包圍，山脈走向除河源分水嶺巴顏喀拉山為東西走向外，其余大多為南北走向。雅礱江河道下切十分強(qiáng)烈，沿河嶺谷高差懸殊，相對高差一般在500～1500m。

　　雅礱江流域?qū)俅ㄎ鞲咴瓪夂?，主要受高空西風(fēng)環(huán)流和西南季風(fēng)影響，干、濕季分明。雅礱江流域地廣人稀，大河灣以北幾乎全為藏族居住地區(qū)，以牧業(yè)為主；大河灣以南為以漢、彝為主的多民族地區(qū)，主要從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

　　根據(jù)近期完成的四川省水力資源復(fù)查成果統(tǒng)計，雅礱江干流技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量為2800余萬kW，占全省的24％；占全國的約5％。在全國規(guī)劃的十二大水電基地中，裝機(jī)規(guī)模排名第四。

　　鑒于雅礱江水力資源在四川省乃至全國水力資源開發(fā)中的重要地位，幾十年來其資源開發(fā)一直得到各級政府的關(guān)注和重視。

　　2雅礱江水電開發(fā)勘測設(shè)計工作回顧

　　2.1河流水電規(guī)劃概況

　　成都院1956年開始進(jìn)行雅礱江流域水力資源普查，1956～1962年間相繼完成支流安寧河、九龍河、臥落河、理塘河、鮮水河、干流洼里至河口的河流查勘及普查報告；1965年完成《雅礱江流域水力資源及其利用》，為雅礱江流域水力資源開發(fā)利用提供了較全面的基礎(chǔ)資料。

　　1972年為解決渡口（現(xiàn)攀枝花市）地區(qū)電力不足問題，成都院在雅礱江干流下游段開展了以二灘水電站為重點的勘測設(shè)計工作，于1973年完成《渡口地區(qū)水電規(guī)劃選點報告》，推薦二灘水電站為渡口地區(qū)第一期開發(fā)工程。與此同時，對二灘水電站上下游銜接梯級進(jìn)行了查勘研究，相繼于1977年和1978年完成《官地水電站開發(fā)研究報告》和《桐子林水電站開發(fā)研究報告》。

　　為完善干流卡拉至江口下游河段的開發(fā)方案，探求繼二灘電站之后的后續(xù)工程及開發(fā)順序，1988年成都院開始進(jìn)行下游河段水電規(guī)劃工作。1990年編制完成《錦屏河段水電開發(fā)方式研究報告》。1992年完成《雅礱江卡拉至江口河段水電開發(fā)規(guī)劃報告》，提出的主要規(guī)劃方案為錦屏一級、錦屏二級、官地、二灘、桐子林。

　　2002年底成都院啟動雅礱江中游（兩河口至卡拉河段）水電規(guī)劃，預(yù)計2004年底提出規(guī)劃報告。雅礱江源頭的資源開發(fā)工作也在同步進(jìn)行，1997年二灘公司組織了多學(xué)科、多專業(yè)參與的綜合考察隊，為上游源頭的資源利用打下了基礎(chǔ)。

　　2.2主要梯級電站勘測設(shè)計概況

　　雅礱江干流主要梯級電站的勘測設(shè)計工作始于上世紀(jì)六十年代，1965～1969年原上海院完成了《錦屏水電站初步設(shè)計報告》。報告對理塘河口至巴折大河灣段開發(fā)方式調(diào)整為引水式開發(fā)，于三灘壩址建閘取水，隧洞穿越錦屏山引水至巴折上游許家坪建廠發(fā)電，閘址正常蓄水位1675m，裝機(jī)容量152萬kW。

　　1973年9月二灘水電站初步設(shè)計工作全面展開。1981年國家對基本建設(shè)程序進(jìn)行了調(diào)整，規(guī)定大型建設(shè)項目應(yīng)首先編制可行性研究報告。成都院按新的建設(shè)程序要求，于1982年完成二灘水電站可行性研究報告，1983年報告經(jīng)國家計委審查通過，明確了電站正常蓄水位1200m，裝機(jī)規(guī)模300萬kW；后經(jīng)兩年工作，于1985年完成二灘水電站初步設(shè)計報告，1986年通過國家計委審查，二灘水電站進(jìn)入籌建階段；后根據(jù)世界著名水電專家咨詢團(tuán)對初步設(shè)計成果的意見，于1987年完成二灘優(yōu)化設(shè)計，裝機(jī)容量最終確定為330萬kW。1991年9月二灘水電站正式開工，1998年8月二灘水電站建成發(fā)電。在二灘水電站建設(shè)過程中，成都院和華東院相繼開展了錦屏一級高壩和錦屏二級引水式兩電站的預(yù)可行性研究工作。成都院分別于1994年和1998年相繼完成了桐子林水電站和官地水電站可行性研究報告。

　　1998年9月成都院完成錦屏一級水電站預(yù)可行性研究報告，2002年6月完成了錦屏一級水電站選壩設(shè)計研究報告，2003年9月完成了錦屏一級水電站可行性研究報告。該工程的籌建工作已經(jīng)啟動。

　　2002年12月成都院完成兩河口水電站開發(fā)方式研究報告，該工程預(yù)可研工作已經(jīng)啟動。

　　2003年8月華東院完成錦屏二級水電站預(yù)可行性研究報告。

　　3做好河流規(guī)劃工作，確保水力資源合理開發(fā)

　　3.1雅礱江水力資源特點

　　雅礱江流經(jīng)四川西部高山峽谷地區(qū)，流域內(nèi)岸坡陡峭、水流湍急、落差巨大。沿河兩岸森林茂密、人、地稀少，形成了雅礱江水力資源獨有的特點，具體表現(xiàn)在：

　　控制流域面積大、徑流豐沛、水力資源特別集中

　　表1

　　為西部幾條主要河流特性的比較情況，可見雅礱江的年徑流量在西部主要河流中僅次于金沙江和瀾滄江，排名第三，約為黃河的1.1倍。

　　雅礱江干流水力資源技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量2856萬kW，技術(shù)可開發(fā)年電量1516.36億kW·h，干支流技術(shù)可開發(fā)容量3461.96萬kW，技術(shù)可開發(fā)年電量1840.36億kW·h.雅礱江流域每k㎡水力資源技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量255kW，高于全省平均值（247kW），是全國平均值（56kW）的約4.6倍。

　　大型電站多、裝機(jī)容量大、規(guī)模優(yōu)勢明顯

　　雅礱江干流規(guī)劃的21個梯級中，大型電站（裝機(jī)容量大于30萬kW）有16座，總裝機(jī)容量2751萬kW，占全省大型電站總座數(shù)（61座）的26％，占全省大型電站總裝機(jī)總?cè)萘康?2.1％。

　　河流落差大，遷移人口及淹沒耕地少，單位淹沒指標(biāo)低

　　雅礱江四川境內(nèi)干流全長1368km，天然落差3180m，規(guī)劃21個梯級總利用落差2813m，其中著名的錦屏大河灣長150km，灣道頸部最短距離僅16km，落差高達(dá)310m，規(guī)劃的錦屏二級水電站即利用該河灣裁彎取直引水發(fā)電，裝機(jī)容量達(dá)440萬kW.雅礱江河流的上述特性加之兩岸人口密度小，耕地分散，使得水電開發(fā)的淹沒損失很小。表2為兩河口、錦屏一級、錦屏二級、二灘、官地、桐子林六座梯級電站統(tǒng)計的平均單位淹沒指標(biāo)與全國已建和在建的46座大型水電站平均值的比較情況。

　　控制性水庫整體調(diào)節(jié)性能好，對下游梯級電站補(bǔ)償作用大

　　雅礱江干流的中游、下游分別規(guī)劃了兩河口、錦屏一級、二灘（已建）三座大型水庫，總調(diào)節(jié)庫容達(dá)到158億m3，江口處水量調(diào)節(jié)系數(shù)達(dá)0.26。

　　聯(lián)合調(diào)度成果表明，兩河口及以下11個梯級的汛期出力已小于枯期出力，且參與調(diào)度的水電站群規(guī)模達(dá)2531萬kW，規(guī)模優(yōu)勢和高質(zhì)量電能的輸送，奠定了雅礱江在未來四川省乃至全國西電東送中的重要地位。

　　開發(fā)目標(biāo)單一，無環(huán)保制約因素

　　雅礱江水電開發(fā)主要為發(fā)電，開發(fā)目標(biāo)較為單一。雅礱江流域不涉及各類自然保護(hù)區(qū)，水電開發(fā)無大的環(huán)保制約因素。

　　3.2河流水電規(guī)劃思路

　　雅礱江水力資源量大，資源優(yōu)勢明顯，開發(fā)特點突出，水能指標(biāo)優(yōu)越，如何將潛在的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化成為項目優(yōu)勢，乃至在較短時期內(nèi)形成河段或者整條河流的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，成為四川省國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展新的增長點，一直是我院進(jìn)行雅礱江水電規(guī)劃的出發(fā)點。

　　成都院以水電設(shè)計為主業(yè)，五十年來參與開發(fā)的水電項目遍及省內(nèi)外近千條河流，積累了豐富的經(jīng)驗。參考省內(nèi)外其它河流的水力資源規(guī)劃和開發(fā)情況，結(jié)合雅礱江徑流豐沛、落差巨大、居民和耕地分散、無環(huán)保制約因素的特點，我們有針對性的提出雅礱江水電開發(fā)的思路：優(yōu)先考慮河段“龍頭”梯級的設(shè)置，合理銜接其它梯級。以能體現(xiàn)當(dāng)代技術(shù)水平的高壩、大庫工程項目，促進(jìn)銜接梯級合理開發(fā)，形成大規(guī)模較好調(diào)節(jié)能力的水電基地，實現(xiàn)需要與可能、近期與遠(yuǎn)景、整體與局部、干流與支流、上中下游、資源利用與環(huán)境保護(hù)的有機(jī)結(jié)合。

　　目前提出的干流兩河口（壩高305m，調(diào)節(jié)庫容75億m³）、錦屏一級（壩高305m，調(diào)節(jié)庫容49.1億m³）、二灘（已建）（壩高240m，調(diào)節(jié)庫容33.7億m³）三座控制性水庫工程，總調(diào)節(jié)庫容達(dá)到158億m³，正是上述規(guī)劃思路的具體體現(xiàn)。我們擬利用兩河口梯級高壩大庫水量補(bǔ)償作用大的優(yōu)勢，改善下游梯級電站能量指標(biāo)，以點帶面，促進(jìn)兩河口以下的牙根（150萬kW）、楊房溝（150萬kW）、愣古（230萬kW）、卡拉鄉(xiāng)（106萬kW）、大空（170萬kW）五個梯級的后續(xù)開發(fā)。以錦屏一級帶動錦屏二級、官地，以二灘帶動桐子林。通過“三大”骨干工程的建設(shè)，良性循環(huán)，最終形成大規(guī)模水電基地。

　　上述思路的實現(xiàn)，關(guān)鍵在于二灘、錦屏一級、兩河口三大骨干項目的實施。目前二灘水電站已經(jīng)建成，“三大戰(zhàn)役”已圓滿完成第一步，錦屏一級水電站前期勘測設(shè)計工作已接近尾聲，籌建工作已經(jīng)鋪開，兩河口水電站已啟動預(yù)可研工作。由此可見，雅礱江流域水電梯級開發(fā)正朝著我們預(yù)定的方向發(fā)展。

　　4三大骨干梯級電站設(shè)計中的技術(shù)進(jìn)步

　　4.1二灘水電站

　　4.1.1工程概況

　　二灘水電站是我國二十世紀(jì)建成的最大的以發(fā)電為主的水電樞紐工程，系雅礱江梯級開發(fā)的第一座水電站?？刂屏饔蛎娣e116400k㎡，占全流域面積的90%，水庫正常蓄水位1200m，總庫容58億m³，調(diào)節(jié)庫容33.7億m³，屬季調(diào)節(jié)水庫，電站總裝機(jī)容量330萬kW，（6臺55萬kW混流式水輪機(jī)組），多年平均年發(fā)電量170億kW·h，保證出力100萬kW。樞紐工程由攔河壩、泄洪消能建筑物、地下廠房、引水和尾水建筑物組成?；炷岭p曲拱壩壩高240m，是我國建成的第一座超過200m的高壩，居同類壩型世界第三位，亞洲第一位。拱壩壩體最大泄洪水量16300m³/s，居世界之首，地下廠房裝機(jī)規(guī)模居世界同類型廠房第四位。

　　4.1.2堅持科技創(chuàng)新，創(chuàng)一流工程設(shè)計

　　二灘水電站自1972年進(jìn)行規(guī)劃選點，到1985年完成初步設(shè)計報告，前后經(jīng)歷13年的時間，雖然已做了大量的勘測設(shè)計工作，但限于當(dāng)時的勘測、試驗、設(shè)計水平和手段，在復(fù)雜的區(qū)域地質(zhì)及工程地質(zhì)條件下，修建高240m的薄型雙曲拱壩；巖石初始高應(yīng)力條件，開挖大型地下廠房洞室群等問題，不僅是國內(nèi)、也是國際筑壩技術(shù)和地下工程遇到的難題。這使當(dāng)時我院的設(shè)計工作面臨巨大的挑戰(zhàn)。

　　為此我院在二灘工程招標(biāo)設(shè)計前的優(yōu)化設(shè)計過程中，針對重大（關(guān)鍵）技術(shù)問題進(jìn)行了大量的科技攻關(guān)與技術(shù)創(chuàng)新工作，為二灘創(chuàng)一流設(shè)計提供了強(qiáng)有力的支撐和保證。

　　查明工程地質(zhì)條件是做好設(shè)計工作的關(guān)鍵，而做好勘測工作是必要的基礎(chǔ)條件。在二灘工程的勘測過程中，我院不斷總結(jié)已有經(jīng)驗，針對以往勘測技術(shù)中存在的困難和問題，在工程鉆探、工程物探、水文地質(zhì)測試等方面，結(jié)合生產(chǎn)及工程重點技術(shù)難題開展了科研攻關(guān)，研制和開發(fā)了一整套勘測關(guān)鍵新技術(shù)體系，如巖芯定向技術(shù)、沙卵石層取芯配套技術(shù)、3000系列測井改造、高分辨工程地震勘察技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)等，這些技術(shù)在二灘工程中廣泛應(yīng)用，不僅提高了勘測工作的質(zhì)量，也提高了工作效率。這套勘測關(guān)鍵新技術(shù)體系經(jīng)國家有關(guān)部門組織鑒定，總體上達(dá)到國際先進(jìn)水平。

　　正確認(rèn)識和合理評價壩基工程地質(zhì)條件，不僅關(guān)系到壩基巖體利用是否合理、相應(yīng)的基礎(chǔ)處理措施是否適宜，而且對工程的安全、降低工程造價、縮短建設(shè)周期也有十分重要的意義。為此，我院結(jié)合二灘工程開展“七五”重點科技攻關(guān)專題“高壩壩基巖體穩(wěn)定性評價及可利用巖體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的研究”工作，通過實踐總結(jié)和大量的試驗研究、地質(zhì)專題研究工作，建立了壩基巖體工程的“分層多元系統(tǒng)分析法”，形成與發(fā)展成為一個比較完整的高壩壩基巖體工程研究體系，該項研究成果應(yīng)用到二灘拱壩建基面優(yōu)化研究論證中，不僅使開挖量減少，基礎(chǔ)處理方案得到改進(jìn)，而且使樞紐工程布置更為合理。專題科研成果總報告經(jīng)部級鑒定，整體水平已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，這套巖體力學(xué)參數(shù)取值的分析體系和取值方法，已納入新編國標(biāo)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-99）中，產(chǎn)生了巨大的社會效益。

　　拱壩結(jié)構(gòu)設(shè)計是二灘工程的設(shè)計難點，我院通過組織進(jìn)行“七五”國家重點科技攻關(guān)“高混凝土壩設(shè)計計算方法與設(shè)計準(zhǔn)則專題”研究工作，結(jié)合二灘高拱壩合理體形及優(yōu)化設(shè)計；高拱壩應(yīng)力和分析計算方法；高壩抗震設(shè)計；混凝土材料特性；拱壩可靠分析及高拱壩的設(shè)計準(zhǔn)則等重大技術(shù)問題進(jìn)行科研攻關(guān)，研制了一批具有國際先進(jìn)水平的應(yīng)用軟件，完善和豐富了拱壩計算分析方法，形成多種配套的拱壩計算系統(tǒng)。它反映了拱壩設(shè)計在國際上的發(fā)展趨勢，達(dá)到了國內(nèi)外先進(jìn)水平，為二灘拱壩設(shè)計提供了新的理論基礎(chǔ)，為拱壩設(shè)計規(guī)范修訂提供了重要參考依據(jù)。

　　在大江大河的狹窄河谷上修建高雙曲拱壩，并利用壩身宣泄大流量洪水，一直是引起國際水電界爭論且沒有攻克的技術(shù)難題。我院結(jié)合二灘泄洪消能工程設(shè)計優(yōu)化，開展了國家“七五”科技攻關(guān)“高混凝土壩泄洪和消能的研究”工作，針對河床窄、泄量大的特點，提出了“分散水流、分區(qū)消能與穩(wěn)固岸坡和河床、提高抗沖能力相結(jié)合”的設(shè)計原則，運(yùn)用模型試驗和數(shù)值分析等多種手段，全面研究了二灘水電站的泄洪消能布置。通過壩頂表孔溢洪道和壩身泄水中孔的體形優(yōu)化、泄洪對坡岸穩(wěn)定的影響及防沖保護(hù)措施、泄水建筑物摻氣減蝕措施、泄洪時的動水荷載對壩體振動影響、泄洪消能布置方案可靠度和洪水標(biāo)準(zhǔn)論證、泄洪隧洞的體形優(yōu)化、防止高速水流氣蝕破壞等重大問題的研究，優(yōu)化了各泄水建筑物的體形設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計成果與初步設(shè)計相比，縮短了水墊塘和導(dǎo)流洞的長度，同時為縮短工期提供了有利條件。工程運(yùn)行實踐表明，優(yōu)化方案是安全、可靠并且經(jīng)濟(jì)的，也為其它高拱壩設(shè)計所參照，

　　二灘地下廠房的設(shè)計難點是在高地應(yīng)力區(qū)開挖大型洞室群。我院通過大量的地應(yīng)力測試與反饋分析工作，掌握了原始的地應(yīng)力分布情況，按照新奧法原理對大型地下洞室群設(shè)計和地下洞群圍巖穩(wěn)定采用地質(zhì)分析、數(shù)值分析以及模型試驗等多種手段進(jìn)行研究，給出了圍巖安全度定性與定量的評價；支護(hù)設(shè)計參數(shù)采用工程類比法及Q系統(tǒng)法初步確定，并通過計算分析與模型試驗進(jìn)行調(diào)整，提出了以錨噴支護(hù)為主的方案，減小了地下洞室混凝土支護(hù)量；施工過程中，根據(jù)開挖地質(zhì)情況及安全監(jiān)測成果，進(jìn)行大量的反饋分析計算，并及時調(diào)整支護(hù)設(shè)計，對拱座、巖柱、洞室交叉部位等進(jìn)行了錨桿、錨索補(bǔ)強(qiáng)加固處理。運(yùn)行實踐證明，二灘地下洞室支護(hù)設(shè)計方案是經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠的。

　　我院在二灘工程進(jìn)行“七五”國家重點科技攻關(guān)的同時，還進(jìn)行了導(dǎo)流洞、地下廠房洞室群、建筑材料、機(jī)電設(shè)備等諸多項重要技術(shù)問題的試驗研究。據(jù)統(tǒng)計，招標(biāo)階段前進(jìn)行了197項科研工作，這些科技攻關(guān)成果應(yīng)用到工程設(shè)計中，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，其中僅雙曲拱壩經(jīng)體型優(yōu)化，建基面外移，最大厚度由70.34m減小至55.74m，壩體混凝土量從474.23萬m³減小至409萬m³。按1993年的物價計算，各項優(yōu)化設(shè)計成果與初步設(shè)計相比，節(jié)省了工程投資15億人民幣，縮短了一年工期。

　　優(yōu)化設(shè)計也有效地控制了施工階段工程量，二灘工程的最終土石方明挖、石方明挖、石方洞挖與混凝土工程量分別為設(shè)計值的99.49%、92.98%、98.03%、98％。施工中普遍關(guān)心的大壩基礎(chǔ)開挖、電站進(jìn)水口開挖以及地下廠房開挖的地質(zhì)條件與前期地質(zhì)勘探工作所揭露的地質(zhì)情況符合較好，沒有發(fā)生大的方案性改變。這些也減少了在國際合同條件下發(fā)生大的索賠風(fēng)險。

　　1999年1月，中國科學(xué)院院士和中國工程院院士參加投票評選的一九九八中國和世界十大科技進(jìn)展新聞寫到：“我國本世紀(jì)建成投產(chǎn)的最大水電工程二灘水電站頭兩臺機(jī)組發(fā)電，標(biāo)志著我國水電建設(shè)已進(jìn)入國際先進(jìn)行列”。二灘水電站的地質(zhì)勘測與工程設(shè)計均獲得了國家設(shè)計金獎。

　　4.2錦屏一級水電站

　　4.2.1工程概況

　　錦屏一級水電站位于四川省涼山州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，是雅礱江干流中游控制性工程。水庫正常蓄水位1880m，總庫容77.6億m³，調(diào)節(jié)庫容49.1億m³，屬年調(diào)節(jié)水庫。電站裝機(jī)容量360萬kW，多年平均年發(fā)電量166.2億kW·h。工程總投資232.7億元。

　　4.2.2主要技術(shù)難題和解決方案

　　工程地質(zhì)問題

　　錦屏一級水電站的地質(zhì)條件復(fù)雜程度是大型項目中非常突出的，工程區(qū)存在的主要地質(zhì)問題是“兩高一深”，即高地應(yīng)力環(huán)境、高邊坡問題和左岸山體內(nèi)存在的深部裂縫。這些問題直接決定樞紐工程的設(shè)計方案，對工程安全和投資起控制作用。

　　為了查明工程區(qū)主要工程地質(zhì)條件，我院進(jìn)行了大量的勘探試驗和科學(xué)研究，采用國內(nèi)外先進(jìn)和成熟的勘探技術(shù)和分析方法，如地震層析成像技術(shù)，SM植物膠鉆探，架空層巖石鉆探取芯，孔內(nèi)聲波和彈模測試，多種方法的地應(yīng)力測試等。這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，為全面準(zhǔn)確地獲取深部裂縫等工程地質(zhì)信息提供了保障。

　　在充分查明工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，有針對性地開展專題科研，分析各種地質(zhì)現(xiàn)象的成因機(jī)理，評價其對工程的影響。從巖石及構(gòu)造基礎(chǔ)地質(zhì)研究出發(fā)，結(jié)合高拱壩的結(jié)構(gòu)特性，對工程地質(zhì)問題的分析與評價進(jìn)行了深入廣泛的研究，重點研究壩址左岸深部裂縫的成因機(jī)理及工程適應(yīng)性評價，分析對拱壩變形和壩肩抗滑穩(wěn)定的影響。

　　為了適應(yīng)加快工程建設(shè)的需要，對現(xiàn)代信息技術(shù)在工程地質(zhì)上的應(yīng)用也進(jìn)行了初步研究，研制開發(fā)了《錦屏一級三維地質(zhì)可視化計算機(jī)系統(tǒng)》。該系統(tǒng)利用GIS技術(shù)、地質(zhì)統(tǒng)計方法、智能方法、計算機(jī)圖形學(xué)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行錦屏一級水電站的工程地質(zhì)信息的三維可視化研究，實現(xiàn)工程地質(zhì)信息的三維可視化管理與查詢；實現(xiàn)地質(zhì)任意剖切、地質(zhì)可視化分析；并實現(xiàn)三維地質(zhì)構(gòu)造圖、剖面圖的多形式輸出。目前已經(jīng)在實際工作中得到成功應(yīng)用，在水利水電行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。

　　高拱壩設(shè)計

　　錦屏一級拱壩是雙曲薄拱壩，壩高305m，是目前已建、在建和設(shè)計中的最高的大壩，加之地質(zhì)條件復(fù)雜，其設(shè)計難度處于世界最高水平。

　　對于世界第一高拱壩的設(shè)計，在充分吸取國內(nèi)外高拱壩的成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，采用目前最先進(jìn)的壩工設(shè)計理論和方法，進(jìn)行了大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計、抗震設(shè)計、泄洪消能設(shè)計、混凝土骨料特性及溫度控制、拱壩基礎(chǔ)處理設(shè)計等專題研究分析和科研試驗工作。

　　施工布置及規(guī)劃

　　工程區(qū)兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，基巖裸露，相對高差千余米，為典型的深切“V”型谷，可以利用的施工布置場地極為有限，場內(nèi)的布置與規(guī)劃難度很大。

　　針對施工布置極為困難的情況，我院開展了廣泛的調(diào)查研究和多方案的分析比較，對大壩混凝土澆筑、大型地下洞室群施工和施工導(dǎo)流等進(jìn)行專題研究，選擇合理的布置方案和施工方法。研究基于GIS的施工導(dǎo)流三維動態(tài)可視化仿真與方案設(shè)計優(yōu)化，實現(xiàn)施工導(dǎo)流過程的動態(tài)可視化，給施工導(dǎo)流方案的設(shè)計、優(yōu)化和決策提供科學(xué)、方便的手段。利用GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析與處理功能，建立錦屏一級水電站施工總布置三維數(shù)字模型，并結(jié)合二次開發(fā)，實現(xiàn)施工全過程的三維動態(tài)演示和可視化信息查詢，以及施工總布置的優(yōu)化分析。

　　采用先進(jìn)的理論方法和技術(shù)手段，緊密配合錦屏一級水電站地下洞室群施工組織設(shè)計工作，進(jìn)行地下洞室群施工全過程三維動態(tài)可視化仿真與優(yōu)化計算研究。在錦屏拱壩的混凝土澆筑方案設(shè)計時，應(yīng)用了大壩混凝土澆筑適時分析系統(tǒng)，提出科學(xué)合理的施工組織方案和目標(biāo)工期。

　　這些研究的成果水平位于行業(yè)領(lǐng)先地位，并在實際工作中得到應(yīng)用。

　　4.2.3工程建設(shè)的設(shè)計技術(shù)儲備

　　錦屏一級的開工建設(shè)已是箭在弦上，不得不發(fā)。我院為了在工程建設(shè)期內(nèi)做到快速反應(yīng)，促進(jìn)工程的進(jìn)度和質(zhì)量，預(yù)先開展了扎實的設(shè)計技術(shù)儲備工作。

　　首先，在方法和手段上進(jìn)行超期準(zhǔn)備，建立錦屏一級水電站工程信息綜合集成系統(tǒng)（JPMIS）。JPMIS利用GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理及分析技術(shù)，綜合各方面的信息，實現(xiàn)工程信息的集成與共享。該系統(tǒng)的研制與開發(fā)成功，不僅給設(shè)計人員提供了強(qiáng)有力的信息存儲及管理工具，而且為各專業(yè)設(shè)計人員訪問信息提供了快捷簡便的手段，可以大大提高信息的使用效率。

　　其次，在可行性研究報告的基礎(chǔ)上，對工程的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行深化研究，適應(yīng)施工中可能發(fā)生的條件變化。

　　第三，吸取以往工程的經(jīng)驗和教訓(xùn)，提前開展施工規(guī)劃方案的研究，形成工程在整個施工期的技術(shù)指導(dǎo)文件，達(dá)到科學(xué)管理。

　　4.3兩河口水電站

　　4.3.1工程概況

　　兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)，是雅礱江中下游的“龍頭”水庫，對整個雅礱江梯級電站的開發(fā)影響巨大。根據(jù)開發(fā)方式研究成果，水庫正常蓄水位2880m，相應(yīng)庫容120.3億m³，調(diào)節(jié)庫容74.9億m³，具有多年調(diào)節(jié)能力。電站裝機(jī)容量300萬kW，多年平均年發(fā)電量116.9億kW·h。初估工程靜態(tài)總投資180億元。

　　4.3.2工程特點

　　工程規(guī)模巨大

　　兩河口水電站初擬采用土心墻堆石壩，最大壩高達(dá)305m，居世界同類壩型前列。

　　戰(zhàn)略地位突出

　　兩河口水電站是雅礱江中下游的“龍頭”水庫，由于其調(diào)節(jié)庫容大，加之地理位置特別，其對雅礱江、金沙江下游乃至長江的梯級電站都具顯著的補(bǔ)償作用，它的興建對“西電東送”及電源優(yōu)化配置、改善電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)將起到積極作用，是西部水電開發(fā)、促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性工程。

　　梯級補(bǔ)償效益顯著

　　兩河口水電站的開發(fā)任務(wù)是以發(fā)電為主，并具有蓄水蓄能、分擔(dān)長江中下游防洪任務(wù)、改善長江航道枯水期航運(yùn)條件的功能和作用。

　　雅礱江干流兩河口至河口擬定11級開發(fā)，兩河口以下10個梯級共利用落差約1615m；金沙江下游河段擬定有烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩4級開發(fā)，共利用落差695m；長江干流上的三峽、葛洲壩水電站，利用落差133m，兩河口下游16個梯級電站共利用落差2443m，兩河口水庫每1m3水蓄能達(dá)6.4kW·h.其中下游已建和近、中期擬開發(fā)的主要梯級電站有：雅礱江干流的錦屏一級、錦屏二級、官地、二灘、桐子林，金沙江干流的溪洛渡、向家壩，以及長江干流的三峽、葛洲壩共9個大型或巨型水電站，共利用落差1380m，兩河口水庫每1m3水蓄能達(dá)3.9kW·h，水庫對雅礱江乃至對金沙江、長江的調(diào)蓄作用都極為顯著。電站建成后，對下游已建、在建及擬建梯級電站的補(bǔ)償效益見表3.

　　經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越

　　按開發(fā)方式研究階段成果，兩河口水電站初估工程靜態(tài)總投資179.70億元，單位千瓦投資5990元/kW，單位電能投資1.54元/（kW·h）。電站年發(fā)電量在計入增加下游二灘和錦屏一級水電站的70%的發(fā)電量后為158.79億kW·h，其單位電能投資為1.13元/（kW·h）；考慮遠(yuǎn)景增加下游雅礱江全梯級的70%的發(fā)電量后為230.82億kW·h，其單位電能投資為0.78元/（kW·h）。與目前同類規(guī)模電站相比，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越。

　　開發(fā)條件良好

　　兩河口水電站壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯口下游約2km河段，下距雅江縣城約25km，國道318線從雅江縣城經(jīng)過，雅江縣城至壩區(qū)有簡易公路相通，雅江縣城至成都公路里程約500km，工程對外交通尚屬方便。

　　工程的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和庫區(qū)、壩址區(qū)工程地質(zhì)條件均較好，不存在制約性工程地質(zhì)問題。

　　根據(jù)初步調(diào)查，水庫淹沒人口約5000人，每萬kW裝機(jī)容量淹沒人口僅為17人，與國內(nèi)其他大型水電工程比較，淹沒指標(biāo)很低。

　　4.3.3主要技術(shù)難題和解決思路

　　兩河口水電站工程規(guī)模巨大，尤其是初擬的土心墻堆石壩最大壩高達(dá)305m，位居世界前列，在筑壩技術(shù)和泄洪消能方面存在較大的技術(shù)難度。

　　對于這些技術(shù)難題的解決，我們擬定了以下解決思路：（1）首先抓住技術(shù)難題的關(guān)鍵點，比如對于高土心墻堆石壩設(shè)計，其關(guān)鍵點在于筑壩材料的研究與應(yīng)用、壩體施工方法及中后期導(dǎo)流等；（2）針對關(guān)鍵技術(shù)問題開展超前和深入的研究，如對大壩防滲土料質(zhì)量改進(jìn)措施和壩料上壩方式等，我們將從工程預(yù)可研階段就開展研究工作，并在工作中積極推進(jìn)科技進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新；（3）針對土石壩是一種經(jīng)驗壩型的特點，我們將充分吸取國內(nèi)外類似工程經(jīng)驗。國外已有300m級高土心墻堆石壩的成功經(jīng)驗，而國內(nèi)的設(shè)計與建設(shè)經(jīng)驗也在不斷豐富，由我院設(shè)計的幾個100m以上高土心墻堆石壩工程已開工建設(shè)，其中瀑布溝水電站壩高達(dá)186m，這些工程的建設(shè)將為兩河口工程積累寶貴經(jīng)驗；（4）充分利用我院在“高水頭、大泄量、窄河谷”條件下泄洪消能設(shè)計的成功經(jīng)驗，針對本工程的具體情況開展深入的研究。我院通過二灘、瀑布溝、溪洛渡和錦屏一級等眾多工程高水頭、大流量泄洪建筑物的設(shè)計積累了豐富的經(jīng)驗，與這些工程相比兩河口工程的泄洪總功率并不大，因此，其在泄洪消能方面存在的技術(shù)難題完全可以妥善解決。

　　5結(jié)語

　?。?）雅礱江水力資源得天獨厚，是四川省乃至全國最具開發(fā)優(yōu)勢的河流之一

　　雅礱江流域徑流豐沛，落差巨大，人口稀少，耕地分散，河流的特點決定了其水力資源的得天獨厚，即大型電站眾多，裝機(jī)規(guī)模大，水電開發(fā)淹沒損失極小，開發(fā)目標(biāo)單一，不涉及各類自然保護(hù)區(qū)，是四川省乃至全國最具開發(fā)優(yōu)勢的河流之一。

　?。?）雅礱江水電開發(fā)的思路是“以點帶面”，以大型骨干水庫工程帶動梯級整體開發(fā)

　　多年的勘測設(shè)計研究工作經(jīng)歷，使我們對雅礱江水電開發(fā)的思路更為清晰，即以大型骨干水庫工程的先期開發(fā)，“以點帶面”形成梯級整體開發(fā)。規(guī)劃中重視資源的合理利用和長遠(yuǎn)利益，避免急功近利的短期行為。目前形成的以兩河口、錦屏一級、二灘三大調(diào)節(jié)水庫為骨干工程且先期開發(fā)的原則，就是上述思路的具體體現(xiàn)。

　?。?）雅礱江梯級補(bǔ)償效益大，有條件建成調(diào)節(jié)能力突出的水電基地

　　利用雅礱江干流規(guī)劃的兩河口、錦屏一級以及先期建成的二灘三大水庫調(diào)節(jié)，可使兩河口以下11個梯級總裝機(jī)容量達(dá)2531萬kW的電站實現(xiàn)完全年調(diào)節(jié)，屆時，將極大促進(jìn)四川電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)的改善。

　?。?）雅礱江水電開發(fā)前期工作基礎(chǔ)好，研究較為深入，具備規(guī)模開發(fā)的條件

　　雅礱江水電開發(fā)的前期工作始于上世紀(jì)五、六十年代，至今已進(jìn)行五十年，多年的勘測、設(shè)計、研究工作的積累，我們已基本摸清了河流的自然特性，獲取了大量有價值的勘測設(shè)計數(shù)據(jù)，完成了一系列重大科研成果，積累了寶貴的勘測設(shè)計經(jīng)驗，為繼續(xù)開發(fā)雅礱江水力資源奠定了堅實的基礎(chǔ)，應(yīng)該說，雅礱江水電基地實施的條件已經(jīng)具備。

　　（5）二灘的建成發(fā)電以及實施過程中重大技術(shù)問題的解決思路和科技創(chuàng)新實踐，為進(jìn)一步開發(fā)兩河口、錦屏一級打下堅實基礎(chǔ)

　　二灘水電站以高拱壩、大泄洪量、超大地下洞室群成為我國水電建設(shè)史上的成功范例。二灘勘測設(shè)計及建設(shè)過程中對重大技術(shù)問題的研究思路、技術(shù)路線的成功實踐，為進(jìn)一步開發(fā)兩河口、錦屏一級打下堅實基礎(chǔ)。兩河口、錦屏一級兩電站目前正進(jìn)行前期工作，工作中必將遇到類似技術(shù)難題，借助二灘工程實踐和研究思路，我們有信心、有能力面對可能出現(xiàn)的技術(shù)問題。

　　（6）雅礱江將成為水力資源開發(fā)利用的博物館

　　為開發(fā)利用雅礱江水力資源，我們根據(jù)河流特點、地形地質(zhì)資料，按照水力資源最有效利用的原則，形成了現(xiàn)階段較成熟的21級開發(fā)方案，在這21個梯級中，有堤壩式、混合式、引水式等多種開發(fā)方式；有徑流式、日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、月調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)、多年調(diào)節(jié)多種調(diào)節(jié)性能；有高、中、低各種壩高；拱壩、重力壩、當(dāng)?shù)夭牧蠅巍㈤l壩等各種壩型。雅礱江水電開發(fā)中的高拱壩、高土石壩、大型地下洞室群、高邊坡處理、深埋長引水隧洞等技術(shù)處于世界先進(jìn)行列，可以說雅礱江是水力資源開發(fā)利用的博物館。