小水電站的規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究

田勇

摘 要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源的利用率在不斷上升，特別是對水能源的開發(fā)利用需求越來越高。水能源的開發(fā)利用的擴(kuò)大和深入，導(dǎo)致小水電站的建設(shè)也越來越多，如何規(guī)劃和設(shè)計(jì)小水電站，合理利用水資源，建立良好的水資源調(diào)配系統(tǒng)就是當(dāng)前我們需要研究的重點(diǎn)。本文以浰江下游河段水電站工程為例，進(jìn)行水電站施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：小水電站 規(guī)劃 設(shè)計(jì) 導(dǎo)流設(shè)計(jì)

1.工程概況與條件介紹1.1工程概況

水電站地處浰江下游河段，浰江是東江水系的一級支流，全長100km，集水面積1677km2，河道平均比降2.20‰。水電站是浰江最后一個(gè)梯級，壩址以上集水面積1578km2，河道長93.5km。河道平均比降為2.34‰。

1.2水文氣象情況

浰江全長10 0 k m，集水面積1677km2，河道平均比降2.20‰。貝墩水集水面積707km2，河長57km，河道平均比降2.04‰。

1.3工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

浰江下游河段的工程場地交通便利，附近沒有較大的不良地質(zhì)現(xiàn)象。場地周圍沒有大斷裂，裂隙活動(dòng)性微弱，對水電站壩基與庫岸穩(wěn)定性不會(huì)有大的影響，山體較厚，沒有明顯的滑坡體、崩塌體。庫岸基本穩(wěn)定，人工邊坡穩(wěn)定性較差。壩基的沙卵土層的抗?jié)B能力差，需要做好防滲和固結(jié)處理。

2.浰江下游河段水電站規(guī)劃

2.1工程項(xiàng)目可行性

浰江下游河段地理?xiàng)l件優(yōu)越，交通便捷，周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致用電量迅猛增加，電力供求需要進(jìn)一步跟上經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢。該區(qū)域煤炭資源較少，所以電力發(fā)展主要考慮開發(fā)豐富的水能資源。建設(shè)小型水電站，可以解決該區(qū)域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電需要，促進(jìn)該區(qū)域的工農(nóng)業(yè)發(fā)展，對地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要意義。

2.2水力資源規(guī)劃

流域水力資源規(guī)劃要和浰江河段區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、國土利用規(guī)劃、城市建設(shè)規(guī)劃等適應(yīng)，流域水力資源規(guī)劃設(shè)涉及到梯級電站布局，布局要考慮水電站位置對于周邊的淹沒，所以水電站位置盡量向下游移動(dòng)，減少引水渠道或尾水疏浚長度，提高水電站水頭利用穩(wěn)定性，節(jié)約投資。

2.3水能開發(fā)方式

根據(jù)工程實(shí)際情況，常規(guī)引水式水能開發(fā)方式一般適用于“U”型河流。而浰江下游屬于比較順直的山區(qū)性河流，采用河道疏浚的河床式開發(fā)方案，可以取得引水式方案一樣的水頭落差，并且工程的政策處理比較簡單，本水電站采用結(jié)合下游河道疏浚的河床式開發(fā)，節(jié)約了引水渠道等工程投資，也減少對土地和河灘面積的占用，減少河道水域占用補(bǔ)償費(fèi)用。

3.工程任務(wù)3.1水利動(dòng)能

3.1.1蓄水位

小水電站原設(shè)計(jì)選定的正常蓄水位84.5m，能夠不淹農(nóng)田，也能夠與規(guī)劃的嚴(yán)村梯級尾水銜接，所以保持正常蓄水位84.5m。

3.1.2裝機(jī)容量

水電站屬于徑流式電站，水能計(jì)算按照無調(diào)節(jié)水電站代表年法計(jì)算水電站誰能。裝機(jī)容量結(jié)果如表1所示。

根據(jù)裝機(jī)容量表，可以看出裝機(jī)容量越大，年利用小時(shí)數(shù)越小，經(jīng)過綜合比較分析，水電站選用裝機(jī)容量3200kW方案作為推薦方案，選用2臺各1600kW機(jī)組。

3.1.3水閘規(guī)模

本次水電站規(guī)模為Ⅳ等，工程規(guī)模為1型。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)GB50201-94》及《水電樞紐工程等別劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》（DL5108-2003）的規(guī)定，結(jié)合浰江下游河段情況，取水閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)取100年一遇。水閘主要泄水閘6孔12m凈寬的，閘底高程78.3m，沖沙孔2孔12m凈寬的，閘底高程77.7m，總過水凈寬96m。

3.1.4開閘流量

工程正常蓄水位為84.5m，在運(yùn)行中根據(jù)流量會(huì)適當(dāng)降低，確定電站開閘流量為565m3/s。

3.2工程等別和建筑物級別

電站壩址以上流域面積1578km2，占整個(gè)浰江流域面積的96%。多年平均流量為43.4m3/s。選定的正常蓄水位為84.5m，相應(yīng)庫容為296.6萬m3，電站裝機(jī)容量為3200kW，多年平均發(fā)電量1512.3萬kWh。工程為IV等?。?）型工程，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。

3.3工程布置

工程樞紐補(bǔ)助考慮左岸布置廠房，因?yàn)樽蟀秲?yōu)于右岸，有利于泄洪，尾水渠稍轉(zhuǎn)完后便于和主河道銜接，有利于尾水?dāng)U散。壩軸線長256.3m，自右岸向左岸分別布置8孔泄洪閘（其中左側(cè)2孔沖沙閘），閘室段總寬度126.96m，中間島寬40m，廠房段寬25.5m，最左邊為廠房與山體連接段，長63.84m。

3.4閘壩設(shè)計(jì)

經(jīng)方案必選，攔河閘采用常規(guī)閘壩，由上游連接段、閘室段及下游連接段組成。上游連接段包括鋪蓋及左側(cè)擋墻，鋪蓋采用C25鋼筋砼，鋪蓋頂面高程77.80m，順?biāo)鞣较蜷L10.0m，垂直水流方向?qū)?10.4m，厚0.4m，每10m設(shè)置一道沉降縫，縫寬20mm，瀝青杉板填縫。右岸保留現(xiàn)狀；左岸靠近閘室段為扶壁式鋼筋砼擋墻，墻頂高程88.88m漸變到85.00m，該擋墻上游側(cè)先與衡重式圓弧擋墻連接后再由衡重式擋墻與電站進(jìn)口擋墻順接。為安全考慮，墻頂均設(shè)置鍍鋅鋼管欄桿。

閘室段長14m，寬116.5m，攔河閘為開敞式結(jié)構(gòu)，共8孔，單孔凈寬12m，閘室采用兩孔一聯(lián)形式，共設(shè)4聯(lián)。為方便河道排沙，本次設(shè)計(jì)確定在靠近電站側(cè)的1聯(lián)閘室底板降低0.6m，即排沙閘底板高程為77.70m，其余3聯(lián)閘底高程為78.30m。閘室底板厚1.8m，邊墩厚1.5m，中墩厚1.80m，縫墩厚2.40m；每個(gè)閘墩設(shè)工作閘門槽及檢修閘門槽各一道，共設(shè)8扇工作鋼閘門及1扇檢修鋼閘門，工作閘門采用QPQ-2×30t卷揚(yáng)式雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)啟閉，閘室上部設(shè)啟閉機(jī)室，啟閉機(jī)室長119m，寬5.5m，高3.90m，啟閉平臺高程98.08m，與閘室頂之間設(shè)排架柱。為滿足交通運(yùn)輸要求，閘頂設(shè)置預(yù)應(yīng)力空心板橋，橋面寬4.0m，中心點(diǎn)高程88.88m，兩側(cè)排水坡度為2%，單跨采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑13m，共8跨。

攔河閘下游連接段總長89m，消力池段長30m，寬110.4m，緊接閘室出口為長5.0m，1：4斜坡段，后接消力池，池深1.00m，與閘室段同寬，消力池底面高程75.80m，消力池底板厚度1.20m。消力池斜坡段與閘室之間設(shè)分縫并設(shè)置銅片止水。為降低揚(yáng)壓力，在消力池后半部分設(shè)置直徑75mmUPVC排水管，管口包土工布，間距2.5m，梅花型布置。消力池后會(huì)接拋石防沖槽，長14m，深2m。下游連接段兩岸翼墻（擋墻）按照本工程不同擋土高度及地基地形情況，在消力池兩側(cè)采用扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)，為安全考慮，墻頂設(shè)置鍍鋅鋼管欄桿。

水閘地基為粗礫砂層，滲透系數(shù)大。攔河閘前正常蓄水位84.50m，閘后水位為78.60m，最大水頭差5.90m。攔河閘上游齒墻處采用高壓旋噴灌漿防滲墻，采用三管法施工，設(shè)計(jì)樁徑為1.2m，樁間距為1.0m，樁端伸入相對不透水層1m。

4.評價(jià)

4.1經(jīng)濟(jì)評價(jià)

本水電站為單一發(fā)電工程，電站裝機(jī)容量3200kW，新建后平均發(fā)電量1512.3萬kW·h。工程建設(shè)投資10264.80萬元，流動(dòng)資金15.09萬元。項(xiàng)目全部投資稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率9.05%，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值1205.45萬元，財(cái)務(wù)收益較好。

4.2綜合評價(jià)

水電站是浰江梯級規(guī)劃中最后一個(gè)梯級，水電站的建設(shè)，對加快浰江水力資源的綜合開發(fā)利用將起到積極的作用。并且水電站在經(jīng)濟(jì)財(cái)務(wù)上可行，上網(wǎng)電價(jià)能夠被市場所接受，具有市場空間，建成后對地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展有明顯促進(jìn)作用。本工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃方案節(jié)約了投資，下一步設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步優(yōu)化，提高投資效益。

5.結(jié)論

浰江下游河段水電站規(guī)劃設(shè)計(jì)具有一定難度，筆者根據(jù)工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)分析，希望本文能夠給后續(xù)水電站規(guī)劃設(shè)計(jì)提供一定的參考。

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