洞子村水电站综合说明.docx

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洞子村水电站综合说明

综合说明

1.1概况

湟水洞子村水电站工程位于黄河支流湟水下游干流上，是甘肃省水利水电勘测设计研究院2005年12月编制的《甘肃省湟水河下游河段水电梯级开发意见》（以下简称《开发意见》）中规划的第五座电站，其地理位置在行政区划上左岸隶属甘肃省兰州市红古区花庄镇王家庄村，右岸隶属青海省民和县马场垣乡毛洞川村，上游为在建的新庄水电站，装机容量3.75MW，设计尾水位1665.25m，下游为在建的白川水电站，装机容量36MW，正常蓄水位1655.00m，洞子村水电站是利用新庄水电站～白川水电站之间河道天然落差修建的河床式水电站，工程建设的主要任务是发电。

2006年9月，我院受甘肃华唐电力投资集团有限公司的委托，在《开发意见》成果的基础上，展开洞子村水电站预可行性研究设计阶段的设计工作，《开发意见》中洞子村水电站采用引水式开发方案，其进水口直接与在建的新庄水电站尾水相接，正常蓄水位1665.0m，设计水头7.5m，设计流量96m3/s，装机容量6.4MW。

随着设计阶段精度的不同和勘测设计工作的深入，我院在对引水式和河床式开发方式进行经济技术比较后最终确定采用河床式开发方案，并于2007年7月，完成《甘肃省湟水洞子村水电站工程预可行性研究报告（初步成果）》（以下简称《初步成果》），同年11月，业主聘请有关专家对《初步成果》进行了内部评审，提出了许多宝贵意见，我院在综合内部评审意见后完成《甘肃省湟水洞子村水电站工程预可行性研究报告》及《附图集》。

洞子村水电站为低坝河床式水电站，装机容量13.5MW（2×6.75MW），保证出力2.73MW，多年平均发电量5647万KW·h，额定引用流量196.74m3/s，年利用小时数4183h，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），确定工程等别为Ⅳ等，工程规模为小

（1）型，主要建筑物由泄洪冲沙闸、副坝（土坝）、主副厂房、尾水渠、开关站及土坝（防洪堤）等组成。

1.2自然条件

1.2.1地理及气候

湟水发源于青海省境内的大坂山，河流源地由北向南流至海晏县，逐渐由湟源县转向由西向东，蜿蜒曲折，先后穿过小峡、大峡等，与大通河在甘肃省红古区海石湾镇汇合，在八盘峡附近汇入黄河。

湟水干流河长374km，在青海省境内长约305km，为上、中游。

流域大致呈羽毛状，上游植被较好，为低山草牧区，中游为中低山区，以农业为主。

下游河长69.0km，植被较差，为黄土区，水土流失严重，含沙量大。

洞子村水电站以上控制流域面积31546km2。

工程地处西北内陆，气候呈明显的高原大陆性特征，气候干旱，降水量少，昼夜温差大，气候降水地域差异明显。

根据附近的民和县气象资料统计：

平均气温7.8℃，平均最高气温14.9℃，平均最低气温2.3℃，极端最高气温34.5℃，极端最低气温－22.2℃，多年平均降水量346.9mm，平均相对湿度59%，最大风速18m/s，平均风速1.7m/s，最多风向ESE，最大积雪深度为10cm，最大冻土深度108cm。

1.2.2水文

青海省民和水文站和享堂水文站是洞子村水电站水文分析计算的主要依据站，湟水全流域控制面积32863km2，湟水民和水文站流域面积15342km2，大通河享堂水文站流域面积15126km2，两站控制流域面积30468km2。

两水文站以下至洞子村水电站工程之间区间面积1078km2，工程点与设计站的集水面积相差为3.5%，由于降水主要集中在中上游，下游区间降水量较小，故洞子村水电站的径流直接采用民和站和享堂站的分析成果，不考虑区间产流量，不做修正直接采用。

径流

两水文站具有1950～2004年共55年年径流系列。

上游用水较多，本次根据以往工程还原计算成果对民和站和享堂站历年年径流进行了引水流量的还原计算。

利用民和加享堂站1950～2004年55年径流系列，用矩法采用P－Ⅲ型曲线适线，经频率分析计算得民和加享堂站年平均流量为153m3/s，多年平均径流量为48.2亿m3，Cv=0.20，Cs=2.0Cv。

其中民和站天然情况下年平均流量为61.13/s，多年平均径流量为19.3亿m3;享堂站天然情况下年平均流量为91.63/s，多年平均径流量为28.9亿m3。

湟水洞子村水电站设计年径流频率计算成果见下表1－1、2。

民和加享堂站设计年径流成果表表1－1

F

（km2）

统计参数

不同保证率的设计值（m3/s）

Qo（m3/s）

Cv

Cs/Cv

15%

25%

50%

75%

85%

31600

153

0.20

2.0

185

172

151

131

122

民和加享堂站设计枯水期平均流量成果表表1－2

F

（km2）

统计参数

不同设计频率设计值（m3/s）

Q（m3/s）

Cv

Cv/Cs

15%

25%

50%

75%

85%

30468

49.3

0.14

2.5

56.4

53.7

48.9

44.5

42.2

洪水

湟水干流大洪水均由大面积暴雨形成，汛期一般都集中在6～9月，主汛期7～9月，洪水具有峰高量大的特点。

本次收集到1950～2004年共55年实测资料，加入1898、1919、1948、1935年等四次历史调查洪水（其中1919、1948、1935年三次洪水，由于量级较小，不再作为历史洪水处理，作为实测系列排队），进行频率分析计算，求得民和加享堂站洪峰流量均值为：

Qm=1080m3/s，Cv=0.42，Cs/Cv=3.0。

湟水洞子村水电站工程设计洪峰流量成果表表1－3

F

（km2）

统计参数

不同频率设计值（m3/s）

均值

Cv

Cs/Cv

0.2%

0.33%

1%

2%

5%

10%

20%

31600

1080

0.42

3.0

3070

2900

2530

2280

1950

1690

1410

泥沙

湟水民和站多年平均含沙量为9.56kg/m3，最大断面平均含沙量843kg/m3，最小断面平均含沙量为0。

大通河享堂站多年平均含沙量为1.06kg/m3，最大断面平均含沙量322kg/m3，最小断面平均含沙量为0。

民和加享堂站多年平均悬移质输沙量1966万t，多年平均流量为153m3/s，多年平均含沙量为4.07kg/m3，年侵蚀模数0.0645万t/km2。

根据山区河流和河床组成情况分析，推移质泥沙占悬移质泥沙比例系数采用0.15，洞子村水电站年推移质泥沙输沙量为295万t，即年总输沙量为2261万t。

冰情

民和水文站开始结冰最早为10月21日，最晚为12月2日，全部融冰最早为12月31日，最晚为4月14日，最大河心冰厚为0.50m，岸边最大冰厚为0.50m。

1.3工程地质

工程区位于中祁连隆起构造带东端的河口断陷区内，盆地内断裂不发育，新构造运动主要以间歇性上升运动为主，是相对稳定的构造区域。

根据2001版的《中国地震动峰值加速度区划图》及《中国地震动反应谱特征周期区划图（1:

400万）》（GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相当于地震基本烈度为Ⅶ度。

河床式开发方案库区规模较小，不存在永久渗漏问题，库岸稳定，无水库诱发地震的可能性，浸没是库区的主要工程地质问题；引水式开发方案引水线路在漫滩、Ⅰ、Ⅱ级阶地上，开挖深度6～15m不等，且渠基位于地下水位以下，边坡开挖后的稳定性是该方案的主要工程地质问题。

各方案工程地质条件基本相近，区域地貌属陇西黄土高原的西部，次级地貌单元为湟水河谷盆地。

湟水河河谷宽阔，两岸阶地发育，明显发育有Ⅰ～

级阶地，其中

、

级阶地最为发育，构成河谷盆地的主体，湟水在工程区总体由西北向北东穿行，河道水面宽度约60～120m，水深约1.0～3.5m。

坝址区基岩为白垩系下统河口群下部岩层（K1hk2a），泥质细砂岩为主要岩性，局部为泥岩、粉砂质泥岩组成，泥岩、粉砂质泥岩呈薄层状。

天然建筑材料：

土料：

土料产地位于湟水左岸王家庄村后崩康沟（即庙沟）中，兰州～红古公路北侧，距枢纽约3Km，地形呈馒头状，为风积马兰黄土，储量丰富，为荒山丘陵，有交通便道通行，开采运输较方便。

砂砾料有两个产地：

一产地位于兰州市红古区花庄镇王家庄村湟水左岸漫滩即河床式电站方案坝址，砂砾石水上开采储量16.5万m3，砂砾石水下开采储量5.5万m3，合计开采储量22.0万m3，其中砼细骨料6.19万m3，砼粗骨料16.79万m3。

另一产地在兰州市红古区花庄镇王家庄村湟水右岸漫滩荒滩（该漫滩在水库蓄水后将被淹没，面积约0.123km2，合约185亩），隶属青海省民和县马场垣乡毛洞川村漫滩，无耕地分布，为电站淹没区。

表层局部为冲洪积粉细砂及砂壤土，厚度0.3m，开采时需剥除，下部为冲积含漂石砂卵砾石，厚度3～5m。

类比与左岸王家庄砂砾料产地各项试验指标基本相同，按平均开采深度水上2.5m，水下0.5m，砂砾石储量36.9万m3。

块石料：

位于海石湾～窑街公路旁大通河享堂峡电站处采石场，距工程区约40km，岩性为元古代石英闪长岩、闪长岩、花岗闪长岩，产地储量丰富，经类比质量完全满足技术要求，且在附近工程中使用，该产地位于国道旁，交通方便，有采石场开采，可直接购买。

施工用水：

湟水水量丰沛，对普通水泥无腐蚀，可作为施工用水水源。

1.4工程任务和规模

1.4.1工程任务

湟水河下游河段河谷开阔，纵坡缓，两岸工农业发达，水能开发指标相对较低，在近50年中对下游水能资源开发没有进行过系统的开发研究，根据2005年12月编制《开发意见》，湟水下游河段共布置八座梯级电站，开发河道长度为47.8km，利用河道落差114.44m，装机规模93.95MW，年电量4.828亿kW·h。

梯级依次为红古、金星、水车湾、新庄、洞子村、白川、湟惠渠和平安水电站，其中新庄、白川、平安为在建工程，红古和金星水电站正在开展前期工作，洞子村水电站为第五级电站。

洞子村水电站径流资料按照P=15%（1993年）、P=50%（1996年）、P=85%（1997年）三个水文代表年在电站坝线处的天然径流资料（以日平均流量为单位）扣除上游工农业用水后进行绘制，在扣除上游用水后其多年平均流量为120.89m3/s。

上游用水量汇总见表1—4。

洞子村水电站上游用水量汇总表表1－4

引水位置

引水工程

河流

用途

灌溉面积（万亩）

水量（亿m3）

近期

远期

上游

引大入秦

大通河

农业灌溉

97.97

2

4.43

引硫济金

大通河

工业

0.4

0.4

青海民和断面以上

湟水

综合

10.75

13.11

红古

谷丰渠

大通河

农业灌溉

4.962

0.258

0.258

沿程

其它

湟水河

综合

0.05

0.05

根据对选定的装机容量13.5MW（2×6.75MW）、引用流量196.74m3/s及三个水文代表年的日平均流量进行水利动能计算，洞子村电站动能指标见表1－5。

洞子村电站动能指标表1－5

项目

单位

近期（2010年）

远期（2015年）

装机容量

MW

13.5

13.5

保证流量

m3/s

33.15

19.34

保证出力

MW

2.73

1.64

多年平均发电量

万kW·h

5647

5000

装机年利用小时数

h

4183

3704

1.4.2正常蓄水位的选择

洞子村水电站的主要任务是发电，正常蓄水位的选择主要考虑库区淹浸没、与上游新庄水电站尾水的衔接问题。

在《开发意见》中，其正常蓄水位为1665m，实际施工中上游新庄水电站尾水位1665.25m（96m3/s对应），考虑回水影响，洞子村电站正常蓄水位上限取1665m，因此，本阶段枢纽正常蓄水位初步拟定了1664.0m、1665.0m二个方案进行动能经济比较论证，选择经济合理的枢纽正常蓄水位。

二方案主要水能

不同正常蓄水位主要水能参数及动能经济指标比较表表1－6

序号

项目方案

单位

方案Ⅰ

方案Ⅱ

1

枢纽正常蓄水位

m

1664.0

1665.0

2

最大净水头

m

9.07

10.05

3

最小净水头

m

3.15

4.16

加权平均净水头

m

7.11

8.08

水轮机额定水头

m

6.9

7.9

装机容量

MW

11.8

13.5

4

机组台数

台

2

2

水轮机型号

GZ995-WP-369

GZ995-WP-357

发电机型号

SFG5900-48/4000

SFG6750-44/4000

额定流量

m3/s

196.9

196.74

最小发电流量

m3/s

24.91

25.48

水轮发电机总重

t

440

410

5

保证流量（P=85％）

m3/s

33.15

33.15

保证出力（P=85％）

MW

2.45

2.73

6

多年平均发电量

万kW·h

4990

5647

装机年利用小时数

h

4229

4183

7

机电投资差

万元

-50

8

土建投资差

万元

541

9

水库浸没投资差（采取工程措施后）

万元

277

10

淹、浸没实物指标（采取工程措施后）：

淹、浸没耕地

亩

0

0

淹没荒滩地

亩

356

359.4

11

装机容量增值

MW

1.7

12

年发电量增值

万kW·h

653

13

静态总投资差值

万元

768

14

差额投资内部收益率

％

21.27

15

动能经济评价

有利

参数及动能经济指标比较见表1－6。

1.4.3装机容量的选择

根据本工程实际情况，初拟了12.0MW、13.5MW和15.0MW三个总装机容量方案的比选，各方案主要动能及技术指标见表1－7。

不同装机容量主要水能参数及动能经济指标比较表表1－7

序号

项目装机容量

单位

Ⅰ12.0MW

Ⅱ13.5MW

Ⅲ15.0MW

1

枢纽正常蓄水位

m

1665

2

最大净水头

m

10.07

10.05

9.94

最小净水头

m

4.16

4.16

4.16

加权平均净水头

m

8.08

8.08

8.08

3

水轮机型号

GZ995-WP-340

GZ995-WP-357

GZ995-WP-365

发电机型号

SFG6750-44/4000

SFG6750-44/4000

SFG6750-44/4000

水轮机额定水头

7.8

7.9

8.1

最小发电流量

25.05

25.48

31.14

水轮发电机总重量

t

394

410

460

水电站额定流量

m3/s

170.7

196.74

221.6

4

保证出力（P=85％）

MW

33.15

5

多年平均年发电量

万kW·h

5420

5647

5820

6

装机年利用小时数

h

4517

4183

3890

7

土建投资增加

万元

118

158

8

机电投资增加

万元

76

195

9

总投资增加

万元

194

353

10

装机容量增值

MW

1.5

1.5

11

年发电量增值

万kW·h

227

173

12

增值年利用小时数

h

1513

1153

13

电站补充千瓦投资

元/kW

1293

2353

14

差额内部收益率

％

30.7

8.24

15

动能经济评价

有利

不利

综上分析比较，洞子村水电站装机容量选定13.5MW（方案Ⅱ），安装两台6.75MW贯流转桨机组，额定流量196.74m3/s，装机年利用小时数为4183h。

机组年均满发天数约60天，满发率为16.33%。

1.4.4机组机型比较

根据电站运行水头，在开发方式、正常蓄水位、装机容量等选定情况下，结合水轮机厂家提供的资料，本电站可采用三台单机容量4.5MW、两台6.75MW贯流式机组两种装机方案。

两方案电站引用流量基本相同，两台机方案比三台机方案年发电量减少79万kW·h，而厂房、水轮发电机组、电气投资减少约641万元，两方案差额投资内部收益率<0，小于水电站社会折现率10%，故推荐两台6.75MW贯流转桨式机组方案，水轮机机型为GZ995-WP-357。

1.5工程选址、工程总布置及主要建筑物

1.5.1工程等别及标准

洞子村水电站工程在本次设计中拟定了两种开发方案，即引水式开发方案和河床式开发方案，引水式开发装机容量为6MW；河床式开发装机容量为13.5MW。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）、《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）规定，引水式电站工程等别为Ⅴ等，工程规模为小

（2）型，水工主要建筑物级别为5级，次要及临时建筑物为5级；河床式电站工程等别为Ⅳ等，工程规模为小

（1）型。

主要建筑物级别为4级，次要及临时建筑物为5级。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）的规定，挡水高度低于15m，且上下游水位差小于10m，防洪标准应按平原、滨海区执行。

引水式开发（明渠及厂房）：

设计洪水重现期：

二十年一遇，Q5%=1950m3/s；

校核洪水重现期：

五十年一遇，Q2%＝2280m3/s；

河床式开发（闸坝及厂房）：

设计洪水重现期：

五十年一遇，Q2%=2280m3/s；

校核洪水重现期：

一百年一遇，Q1%＝2530m3/s。

消能建筑物洪水标准：

二十年一遇，Q5%=1950m3/s；

1.5.2工程选址

工程区位于湟水下游干流上，上游为在建的新庄水电站，下游为在建的白川水电站，引水式开发方案因直接与新庄电站尾水相接，因此引水线路布置在河道左岸，尾水出口位于下东川吊桥上游白川水电站库尾；河床式开发方案在新庄、白川两电站区间可选范围较小，为充分利用水能资源，坝址的选择应尽可能靠近白川水电站库尾，以争取较大水头，并结合地形、地质等条件，在上东川吊桥以上500m范围内选择了二条坝线进行比较。

该河段在行政区划上以河为界，左岸隶属甘肃省兰州市红古区花庄镇王家庄村，右岸隶属青海省民和县马场垣乡毛洞川村。

本次设计在对引水式和河床式开发进行经济技术比较后，河床式开发明显优于引水式开发，推荐选用河床式开发方案；在采用河床式开发的前提下对上、下两条坝线进行比较，在正常挡水位及设计引水流量基本相同的情况下，下坝线方案装机容量较上坝线增加了600kW，年利用小时数和多年平均发电量分别增加了43h、340万kW·h，且下坝线（闸坝结合）方案工程直接投资较上坝线少1228.31万元，下坝线优于上坝线方案；在采用下坝线方案的同时又对闸坝结合方案和全闸方案进行比较，下坝线全闸方案略优于闸坝结合方案，在与业主聘请的专家进行认真讨论，并参考已建的相类似的工程运行经验，从运行管理方面考虑，鉴于闸坝结合方案溢流坝泄流量较小（为42m3/s），在工程建成后，管理人员容易依赖于溢流坝泄流，运行期间很少采用泄冲闸控制闸前水位，因而极易抬高水库水位，使得闸、厂等挡水建筑物较长时间处于校核洪水位附近运行，对挡水建筑物运行安全不利，为避免这一在运行管理过程中存在的客观事实，经仔细研究，本次设计推荐选用全闸方案。

1.5.3总体布置

洞子村水电站采用河床式开发方案，主要由闸坝段（包括泄洪冲砂闸、副坝等）、主副厂房段（包括主副厂房、尾水渠、门库及开关站等）及土坝（防洪堤）组成。

闸坝段自右至左依次为副坝（土坝）及五孔共65.5m长的泄冲闸；厂区由主、副厂房、拦污栅（检修门）门库、尾水渠、开关站和管理区等建筑物组成；土坝（防洪堤）段位于拦污栅（检修门）门库上游侧，全长约409m。

1.5.4建筑物的布置、型式及主要尺寸

沿坝轴线主要建筑物自右至左依次为长48.5m副坝（土坝）、五孔共65.5m长的泄冲闸、主厂房、副厂房、门库及上游土坝（防洪堤）等。

副坝（土坝）坝顶高程1667.50m，与闸顶同高，上游坝坡坡比1:

2.75，坡脚末端设C15砼齿墙伸入基岩面，坝体上游坡面采用复合土工膜防渗，下游坝坡坡比1:

2.5，坝坡坡脚处设三角形排水棱体；

土坝左侧为5孔泄洪冲砂闸，单孔净宽10.0m，闸室总宽65.50m，顺水流方向长26.50m，底板高程1656.00m，上游设18.1m长钢筋砼铺盖，下游设消力池消能，池长25.00m，后接长为25.00m钢筋笼块石防冲。

泄冲闸检修门为平板钢闸门，工作闸门为开敞式弧形钢闸门，为便于电站建成后对机组进水口位置的排污及河道排漂，在靠近机组进水口位置的两孔设“舌瓣门”式弧形闸门。

闸前正常蓄水位为1665.00m，校核洪水位为1666.41m（P=1%），设计洪水位1665.65m（P=2%）。

主、副厂房位于河道左岸，主厂房包括主机室和安装间两部分，平面尺寸47.26×45.50m（长×宽），安装间布置在主厂房的左侧，其尺寸为18.00m×15.90m（长×宽）。

副厂房布置在主厂房尾水流道顶部，其内部尺寸为24.60m×12.76m（长×宽），副厂房分上、下两层，上层布置有中控室等，下层为电缆夹层。

尾水渠紧靠湟水左岸布置，尾水渠反坡段长度为47.00m，反坡坡比1:

4，渠长10.00m，渠底宽23.50m，纵坡1/1500。

门库位于进水口左侧、安装间上游侧，平面尺寸14.0m×11.05m。

门库上游侧为土坝（防洪堤），全长409m，坝顶高程1667.50m，与闸顶同高，上游坝坡坡比1:

2.75，坡脚末端设C15砼齿墙伸入基岩面，采用复合土工膜防渗。

下游坝坡坡比1:

2.5，坝坡坡脚处设贴坡式排水棱体。

1.6机电及金属结构

1.6.1水力机械

本水电站水头范围在4.16～10.05m之间，设计水头7.9m。

根据我国现有水轮机型谱及近年来新转轮的开发和应用情况，经过经济技术综合分析比较，选定水轮机型号为：

GZ995－WP－357，发电机型号：

SFG6750－44/4000，装机2台，总装机容量13.5MW。

主要设备选型如下：

⑴水轮机

水轮机型号GZ995－WP－357

最大水头：

10.05m

最小水头：

4.16m

额定水头：

7.9m

额定出力：

7.105MW

额定转速：

136.4r/mim

额定流量：

98.37m3/s

额定效率：

93.2%

吸出高度：

－6.65m

水轮机总重：

110t

发电机

发电机型号：

SFG6750—44/4000

额定电压：

6.3KV

额定电流：

687.3A

额定转速：

1136.4r/min

额定效率：

≥95%

功率因数：

0.9（滞后）

额定频率：

50Hz

转动惯量：

≥276t·m2

发电机重量：

95t

通风方式：

密闭空气循环

机组旋转方向：

俯视顺时针

⑶调速器：

WST－80－6.3，额定压力为6.3Mpa。

⑷厂内起重机

起重机型号：

50/10t变频调速桥式起重机

起重量：

主钩：

50t