2 第二章 枢纽工程概况

2－1 第二章 枢纽工程概况

一、枢纽建设的必要性

湘江流域是湖南省的重要区域，面积占全省之半。沿江的衡阳、株洲、湘潭、长沙和岳阳五市集中了全省70％的大、中型企业，形成了一条具有区域优势的沿江经济走廊．简称“五区一廊”。湖南是个内陆省份，铁路运输受到北部的蒲圻、南部的坪石、东部的醴陵等出省站口运输能力的限制，每年经各口的货运发送量，不能满足我省出湘物资运输的需要，制约了我省经济的发展。

湘江自然条件优越，是国家规划确定的内河水运主通道之一。开发湘江宝贵的水运资源，发展水运，调整区域综合运输结构，为紧张的陆路交通运输合理分流，促进我省发展外向型经济，是一项十分迫切的任务。

1986年湖南省国土委员会审查了《湘江干流规划》。湘江干流开发以航运发电为主，结合灌溉、防洪等综合利用效益，规划湘江干流太洲等九级梯级开发，共规划装机73.8万kw。湘江土谷塘枢纽是湘江干流规划九个开发梯级建设中的第六级，其上衔接近尾洲水电站，下接大源渡水电站，距衡阳市约31km。枢纽的修建旨在渠化土谷塘至上游近尾洲58km航道等级较低的河段，淹没其中滩险，使该航道满足Ⅲ级航道要求。枢纽建设在开发水资源的同时，尽量利用天然水能资源，提供洁净能源，枯水季节一定程度上缓解衡阳市的供电压力；待水库蓄水后，枯水期水位适当抬高，使农田灌溉条件得到进一步改善，对湖南的经济发展具有十分重要意义。

二、工程概况

1．自然条件

（1）地形、地质

a．地形地貌

坝址地形较为开阔，河水面宽460～510m，水深一般3.0～8.5m。坝址区为一纵向河谷，两岸阶地不对称发育。其中左岸Ⅱ级阶地基座高程50～56m，阶面高程60～80m，发育1＃，3#两条冲沟，沟底高程45～50m；右岸Ⅰ级阶地，阶2－2 面宽60～220m，阶面高程50～61m，阶地内水（鱼）塘众多，后缘及上引航道进口右侧为Ⅱ级阶地或基岩丘岗。

b．地层岩性

第三系霞流市组茶山坳段（E2＋3x1）紫红色厚～中厚层状粉砂质泥岩、泥岩、青灰色钙质泥岩、钙质砂岩、细砂岩及硬石膏泥岩夹薄层状泥岩。总厚度大于93m。据物探、钻探初步查明，坝基范围内软弱夹层8条，以破碎夹层为主，是为沿薄层状泥岩挤压形成，厚10～30cm，变化较为明显，一般连续性较差。

中更新统Ⅱ级阶地冲积堆积（Q2al）：上部为黄色、橘红色网纹状粉质粘土、粘土，厚4.6～8.5m，下部棕黄色含泥粗砂砾石层，含泥量30％左右，厚12～14.8m。

上更新统Ⅰ级阶地冲积堆积（Q3al）：上部为黄褐色似网纹状粉质粘土、粘土，厚9.3～12.8m；下部为砂砾石层，厚0.3～8.2m。

全新统近代河床漫滩冲积堆积（Q4al）：河床为砂砾石层，厚0.5～7m，漫滩表部为粉质粘土、砂壤土，下部为砂砾石。厚0.5～5.2m。

c．地质构造

坝区位于衡阳向斜盆地的褶皱带内，处于一较宽缓的次级背斜褶皱部位，推测背斜轴部可能位于河床中部偏右侧。其中左岸岩层产状N25o～35oE，SE10o～15o,右岸岩层产状N50o～80o E，NW5o～10o。

坝区基岩露头甚少，通过平面测绘和勘探发现断层5层。F1出露在左岸坝轴线上游80m附近， 为该处民用砂砾料场码头开挖揭露， 产状：N70 o E，SE64o，破碎带宽0.5～3cm,影响带宽0.2～0.3m,错距达40cm。F2产状：N30o～40o E，SE51o,破碎带宽0.1～0.2m。F3、F5为钻孔中发现的断层，破碎带分别为0.3～0.5m及0.2～0.3m；倾角分别为55o～65o及60o～70o，F4为物探查明断层，产状可能为N30o～60o W，NE30o～45o破碎带宽0.3～0.5m。此外，坝区节理裂隙发育，基岩钻孔线裂隙率达0.4～2.7条/m，其中倾角22o～30o，缓倾角裂隙率在0.5～1.0条/m，裂隙面都较为平直光滑或附泥膜。 2－3 （2）水文气象

坝址处有关水文成果见表2-1～表2-3。

表2-1 水位流量关系曲线表

水位（m） 50.1 50.23 50.46 50.67 50.83

流量(m3/s) 0 200 500 800 1000

水位（m） 51.06 51.23 51.68 52.62 53.60

流量(m3/s) 1300 1500 2000 3000 3980

水位（m） 54.00 55.00 56.00 57.00 58.00

流量(m3/s) 4380 5400 6510 7720 9080

水位（m） 59.00 60.00 61.00 62.00 63.00

流量(m3/s) 10440 11890 13350 14970 16600

表2-2 坝址分期洪水成表

时段 各频率设计值（单位：m3/s）

P=5% P=10% P=20% P=33% P=50%

9月～次年3月 / 7470 5860 4620 3530

9月～次年4月 / 9050 7620 6460 5370

10月～次年3月 / 7270 5690 4480 3420

10月～次年4月 / 8990 7580 6440 5360

11月～次年2月 / 4930 3790 2930 2180

11月～次年3月 / 6980 5350 4120 3060

全年 15200 13500 11700 9670 8700

2－4 表2-3 坝址月平均流量成果表（单位：m3/s）

频率 1月 2月 3月 4月 5月 6月

10％ 932 1350 1970 2690 3520 2960

20％ 621 1060 1530 2280 2990 2480

80％ 163 371 529 1210 1580 1250

频率 7月 8月 9月 10月 11月 12月

10％ 2360 1760 1020 973 905 826

20％ 1790 1310 784 737 690 584

80％ 536 404 286 258 214 131

2．枢纽总体布置

（1）下坝址枢纽总平面布置方案

a．船闸布置

以航运为主的航电枢纽工程总平面布置，一般按通航优先的原则来选择总平面布置方案。下坝址处河道微弯，右岸为凸岸，左岸为凹岸。河床右侧有锡皮洲，左侧为主航道。

根据规范要求，本船闸布置需要的直线段（含闸首、闸室、上下引航道直线段）最小长度为1340m。根据坝址地形地貌特征，船闸只有布置在右岸台地，裁弯取直，才能满足船闸布置需要的直线长度，并保证船闸上、下游口门区与主航道平顺衔接。为减少用地及开挖工程量，在保证船闸主体建筑物具备干地施工地条件下，船闸轴线尽量靠近水边布置。

为归顺岸线，改善上游口门区及连接段航道内的水流条件，对船闸上游口门区航道末端的右岸山体突嘴进行了部分切除。

b．电站及泄水闸布置

船闸布置在右岸台地，未占用河床宽度。坝线处河床宽度480m，可以满足泄水闸和电站主厂房布置所需的宽度。故电站主厂房和泄水闸共同布置在河床内，可分别布置在左侧和右侧。

c．总平面布置方案 2－5 由于船闸只能布置在右岸台地，根据电站和泄水闸位置的不同，总平面布置共形成两个方案，详细情况描述如下。

方案一：

本方案电站布置在河床左岸，从左至右主要建筑物依次为门机平台、电站安装场、主厂房、1孔排污闸、17孔泄水闸、副坝、船闸及沿船闸公路，总宽度为766.0m。坝轴线与船闸轴线垂直。

电站安装场及主厂房宽度为127.3m，安装场布置在左岸山坡，主厂房布置在左侧河床内。紧邻主厂房布置1孔排污槽，排污槽宽度为5m。排污槽右侧为17孔泄水闸，每孔泄水闸净宽20m，闸墩宽度3m（兼做围堰的9号闸墩宽6m），泄水闸总泄流宽度为340m。泄水闸闸室长度为29m，堰顶高程为46m，闸墩顶高程为69.0m。泄水闸采用弧形闸门挡水，闸门顶高程为58.7m。

右岸台地布置船闸，船闸轴线与泄水闸边线之间间距115m。船闸为单线单级船闸。船闸口门宽23m，两侧边墩宽均为11.5m。上闸首边墩顶标高采用69.0m，与泄水闸闸墩顶标高一致。闸首采用人字门档水，上闸首人字门顶标高为66.77m，下闸首人字门顶标高为61.93m。

右岸翼墙与船闸上闸首之间采用副坝连接，副坝长度89m，顶高程为69.0m，与泄水闸闸墩顶标高一致，同时满足1000年一遇洪水位66.73加超高的要求。

方案二：

方案二与方案一的船闸位置相同，不同之处在于电站布置在河床右侧。泄水闸边线至沿船闸公路外侧总宽度为664.5m。

主要建筑物结构型式与方案一相同。

（2）下坝址枢纽总平面布置方案比较

下坝址枢纽总平面布置方案一、方案二的船闸位置完全相同，只有电站和泄水闸位置不同，两方案的泄洪能力及船闸通航条件基本相同。两方案的主要差别见表2-4。

2－6 表2-4 坝址布置方案比较表

方 案

项 目 方案一 方案二

总平面布置 船闸布置在右岸台地，电站布置在河床左侧，泄水闸布置在河床右侧。 船闸布置在右岸台地，电站布置在河床右侧，泄水闸布置在河床左侧。电站、门机平台紧邻船闸。

方案一总平面布置协调，美观。方案二建筑物布置过于拥挤、相互之间有一定干扰。

方案一的中位于规划的衡南县城，能促进县城建设。

施工条件 一期围左岸厂房与7孔溢流坝，右岸船闸同时施工，由右岸束窄河床泄流及通航；二期围右岸10孔溢流坝，由左岸已建7孔溢流坝泄流，右岸永久船闸通航，电站利用二期围堰挡水发电；

天然航道为左侧河床，为保证一期右岸束窄河床泄流及通航，前期必须对锡皮洲进行疏挖。 一期围右岸厂房与7孔溢流坝，右岸船闸同时施工，由左岸束窄河床泄流及通航；二期围左岸10孔溢流坝，由右岸已建7孔溢流坝泄流，右岸永久船闸通航，电站利用二期围堰挡水发电；

两方案的施工工期相同。

方案二电站、船闸集中在右岸施工，施工强调较大，施工干扰严重。

方案一前期必须对锡皮洲进行疏挖，造价稍高。

运行管理条件 船闸与电站各居一岸，运行不相

干扰。 船闸紧邻电站布置，运行有一定干扰。

经过上述比较，方案一的总平面布置协调美观、建筑物的施工及运行条件较好，同时更有利于促进县城的发展建设，故下坝址推荐采用总平面布置方案一（见图2－1）。