徑流式低水頭大流量小水電站的壩型選擇

王曉艷，王　靜

(1．石家莊市水電及農(nóng)村電氣化發(fā)展處，河北 石家莊 050021；2．石家莊市水資源綜合管理辦公室，河北 石家莊 050051)

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徑流式低水頭大流量小水電站的壩型選擇

王曉艷1，王靜2

(1．石家莊市水電及農(nóng)村電氣化發(fā)展處，河北 石家莊 050021；2．石家莊市水資源綜合管理辦公室，河北 石家莊 050051)

摘要：河北省平山縣大坪水電站從自身實際條件出發(fā)，根據(jù)電站壩址地形、地質條件，從建壩材料、施工技術、維護管理、防洪要求、工程造價等方面對自潰壩、水力自動翻板閘門壩和橡膠壩3種壩型進行比選，簡要分析了在低水頭、大跨度的河道上，應用橡膠壩作為滾水壩或溢流壩，能使水資源得到充分利用，上游淹沒損失較小，在整體工程布置上具有結構簡單、經(jīng)濟合理、運行方便、工程造價較低等優(yōu)勢，最終選擇橡膠壩為本工程較為理想的壩型。

關鍵詞：低水頭大流量水電站；自潰壩；壩型選擇

1概述

小水電屬于非碳清潔能源，既不存在資源枯竭問題，又不會對環(huán)境造成污染，在老少邊窮山地區(qū)，因地制宜地開發(fā)小水電等可再生能源，把水力資源轉變?yōu)殡娔?，是加快農(nóng)村能源建設、改善能源結構布置、緩解電網(wǎng)末端供電緊張、保護森林植被、減少大氣污染，促進生態(tài)平衡的行之有效的方法。

大坪水電站位于河北省平山縣大坪村上游、河西頭大橋下游1.14 km處。該站引用滹沱河水發(fā)電，是滹沱河干流梯級開發(fā)的首級電站，在其下游已建有康莊、小覺、秘家會、十里坪等多座梯級電站。電站裝機容量1 000 kW，年利用小時數(shù)4 555 h，多年平均發(fā)電量455.5 萬kW·h。該工程主要由攔河壩、廠房、尾水渠、進水閘、沖沙閘、發(fā)電廠房等組成。

壩址位于滹沱河干流上，庫區(qū)河道地勢平坦、河床變化不大，壩址區(qū)為漸變喇叭口狀河谷，谷寬250～300 m。整個河谷被第四系地層覆蓋，其巖性為粉質砂土、漂卵石層，漂卵石層以下為黑云斜長片麻巖。

電站緊靠石閆公路，交通便利，電站100 m處有10 kV線路通過，聯(lián)網(wǎng)十分方便。

2電站的壩型選擇

大坪水電站設計水頭7.5 m，設計單機流量8.04 m3/s，電站廠房位于壩后右岸，屬于低水頭大流量壩后式水電站。電站擋水建筑物由左岸非溢流壩段、溢流壩段、右岸非溢流壩段組成，壩全長218 m，左岸非溢流壩長73.56 m，右岸非溢流壩長52 m，溢流壩總長92.44 m；壩基座在基巖上，最大壩高12.7 m(其中地面以下7.4 m，地面以上5.3 m)。

擋水壩非溢流壩段采用漿砌石重力壩，溢流壩段要妥善解決蓄水發(fā)電及泄洪需要，在設計初始考慮了自潰壩、水力自動翻板閘門壩、橡膠壩等幾種類型。

2.1自潰壩

在當?shù)亟ǔ傻亩鄶?shù)小型水電站中，采用自潰壩最為普遍[1]。它可以就地、就近取材，節(jié)約大量的水泥、鋼材、木材等建筑材料，造價低廉；與同規(guī)模的閘壩相比，造價可降低50%～70%。另外，其結構簡單，便于加高、擴建和管理維修；施工技術簡單，工序少，便于組織機械化快速施工;能適應各種復雜的自然條件，可在較差地質條件下建壩；運行安全可靠，不需要任何控制設施，還具有可以排泄壩前水流挾來的漂浮物等優(yōu)點。

大坪水電站下游的小覺水電站就選用了自潰壩作為溢流壩，該站經(jīng)過20多年運行實踐證明，自潰壩在運行中存在很大弊端，主要是壩體啟潰水位不好掌控。滹沱河汛期洪水中挾帶雜物較多，對壩體沖擊較大，導致潰壩可能在未達到自潰水位時壩體已經(jīng)潰掉，嚴重影響電站正常發(fā)電生產(chǎn)；潰壩后還需重建，投資大、時間長，給電站的經(jīng)濟效益帶來極大損失。如果將潰壩建造得堅固些，壩體在達到自潰水位時卻不能潰壩，通常需要準備炸藥爆破，難以滿足及時排泄洪水的需要，既給上游及區(qū)間帶來淹沒損失，又嚴重影響了河道行洪。

2.2水力自動翻板閘門壩

水力自動翻板閘門是目前常用的一類水力自動閘門[2]。它結構簡單、施工簡便、具有從閘門上面、下面同時過水的特點；它能保證有較大的過水能力和較小的上游水位壅高值，使壩體工程量大為減少，且省去了啟閉設備和工作橋，不需人工和電力操作，運行費用低；可由專業(yè)廠家生產(chǎn)定型產(chǎn)品，其材料用量和投資少、運行維護簡單。

但是在運行過程中，受上游來水量、泄水量和挾帶雜物的影響，往往閘門隨著門前水位而變化，力系失衡后閘門的開度也不斷發(fā)生變化，嚴重時將使閘門產(chǎn)生越來越大幅度的擺動，以致不能控制，從而使閘門失穩(wěn)，出現(xiàn)“拍打”現(xiàn)象；導致閘門、壩坎結構毀壞，大大縮短閘門的壽命，甚至使閘門完全毀壞；尤其是遇大洪水時會被上游漂浮雜物卡住而影響閘門啟閉，不能滿足河道行洪要求。

2.3橡膠壩

橡膠壩是一種低水頭的新型水工擋水建筑物，已廣泛應用在水利工程中[3]。它不需要修建工作橋、閘墩等鋼或鋼筋混凝土結構，結構簡單，跨度大，單跨可達100 m，“三材”用量顯著減少，可節(jié)省鋼材30%～50%，水泥50%左右，木材60%以上；地形適應性強，壩后工程簡單，壩基礎底板、下游消能、上游防滲等結構可適當簡化，可大大節(jié)省工程投資，與常規(guī)閘壩相比，可減少投資30%～70%；施工期短，橡膠壩袋可在工廠制造，現(xiàn)場安裝也較為簡單，只需3～15 d即可安裝完畢，止水效果好，不漏水；操作靈活，壩體可升可降，既可充壩擋水，又可坍壩過流，運行維護費用低。

3種溢流壩型方案相比，自潰壩是一種既能擋水又能“自潰”泄洪的土石壩，造價低廉，運用簡便，對上游及區(qū)間不造成淹沒損失，但壩體啟潰時間不好控制，壩體不能重復使用。水力自控翻板閘壩運行靈活、穩(wěn)定性好，但相對泄洪斷面較小，可能對上游及區(qū)間造成淹沒損失，造價相對較高。橡膠壩具有施工期短、結構簡單、運行方便、工程造價低等優(yōu)勢，可以控制上游區(qū)間的淹沒損失，較好的適應地基的不均勻沉陷，有利于排洪排沙，提高工程效益。

經(jīng)比較分析，大坪水電站最終選用了充水式橡膠壩作為溢流壩。該壩在壩頂溢流時袋形比較穩(wěn)定，振動小，過水均勻，對下游河床沖刷較小。控制系統(tǒng)簡單可靠，在汛期或需坍頂時，打開控制閥門，放空袋內的水，將壩袋坍落到底板上，即可復原河道的行洪斷面。另外，其施工簡單、造價低廉、維修費用較少，壩體造型優(yōu)美、線條流暢，壩前蓄水形成小型水庫，為當?shù)卦鎏砹艘坏烂利惖娘L景線。該站自2008年底建成投產(chǎn)以來，橡膠壩運行良好，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3結語

橡膠壩與傳統(tǒng)閘壩工程相比，具有結構簡單、施工期短、造價低、維修少、管護方便等優(yōu)點， 在低水頭、大跨度的水利水電工程中，應用橡膠壩作為滾水壩或溢流堰，具有廣泛的推廣應用前景。

參考文獻：

[1]范同斌，王淑麗，江臣.水庫自潰壩及其應用初探[J].黑龍江水專學報，2001，28(2)：81_82.

[2]高俊龍.水力自控翻板閘門的應用[J].黑龍江水利科技，2011，39(4)：126.

[3]SL 227—98,橡膠壩技術規(guī)范[S].

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責任編輯吳昊

作者簡介：王曉艷(1975-)，女，高級工程師，主要從事農(nóng)村水電站管理工作。E_mail：sssdbwy@163.com

收稿日期：2016-01-05