淺析徑流式低水頭大流量小水電站的壩型選擇

陳欽元

【摘要】在當(dāng)前的農(nóng)村水利電力建設(shè)中，徑流式低水頭大流量小水電站建設(shè)數(shù)量每年成高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)。因此做好這類水電站建設(shè)，特別是水壩建設(shè)技術(shù)研究，對(duì)于水電站建設(shè)、整體安全、上下游安全、日常管理等各項(xiàng)工作都起到了不可忽視的作用。

【關(guān)鍵詞】徑流式低水頭；小水電站；壩型

隨著我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村對(duì)于電力資源的日益需求，以及可再生資源發(fā)電理念的不斷發(fā)展，各類小型水電站建設(shè)在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。其中徑流式水電站因其工程量較小、技術(shù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，成為了我國(guó)水量較為豐富的農(nóng)村小水電站建設(shè)的主要類型。而在徑流式水電站模式中，采用水壩結(jié)構(gòu)的低水頭、大流量模式們水電站結(jié)構(gòu)，因其較高的安全性得到了水電工程管理者的廣泛重視。為此我們結(jié)合小水電站特征，開展了這類水電站的壩型選擇研究，為這類水電站建設(shè)提供技術(shù)研究支持。

一、壩型選擇應(yīng)考慮的主要因素

在徑流量低水頭小型水電站壩型選擇過(guò)程中，技術(shù)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮的因素包括了以下三個(gè)因素。

（一）水電站自然環(huán)境因素

在水電站建設(shè)水壩壩型選擇中，設(shè)計(jì)者首先需要考慮的是水電站所處的自然環(huán)境因素，因此水壩設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)工作開始前，應(yīng)對(duì)水壩周邊的水文、地質(zhì)等情況進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，并對(duì)周邊已建成的水利電力工程進(jìn)行實(shí)地考察與分析，形成數(shù)據(jù)化的書面勘測(cè)報(bào)告，為水壩設(shè)計(jì)提供全民的技術(shù)前期支持。

（二）施工工程建設(shè)因素

在施工工程管理中，其建設(shè)中的技術(shù)與管理因素也是壩型選擇中應(yīng)考慮的主要因素。（1）工程建設(shè)工期與造價(jià)，既確保工程施工按期完成，且成本得到有效控制。（2）施工技術(shù)簡(jiǎn)便，利于小型水電站施工簡(jiǎn)易化原則。（3）工程建設(shè)不能對(duì)環(huán)境，如地質(zhì)環(huán)境、河流上下游環(huán)境造成嚴(yán)重影響。

（三）電站使用性能因素

在壩型選擇中，管理者還應(yīng)根據(jù)其使用中的性能需求選擇壩型。（1）水壩的使用性能，如水壩的防洪、灌溉性能等。（2）工程維護(hù)管理簡(jiǎn)單，進(jìn)而減少其后期管理的工作量與技術(shù)要求。（3）長(zhǎng)期使用性能，如水壩長(zhǎng)期使用是否會(huì)對(duì)地區(qū)環(huán)境、水文等造成不良影響等。

二、當(dāng)前常用的主要壩型及選擇研究

在小水電站設(shè)計(jì)中，擋水非溢流壩段一般會(huì)使用漿砌石重力壩型式。而其在溢流壩設(shè)計(jì)中需要根據(jù)技術(shù)需求，合理的選擇壩型形式。在當(dāng)前徑流式水電站設(shè)計(jì)中，其常用的壩型形式包括了自潰壩、水力自動(dòng)翻板閘門壩、橡膠壩等三種主要的類型。下面我們分別就這幾類壩型特點(diǎn)進(jìn)行分析。

（一）自潰壩及其主要應(yīng)用特點(diǎn)

在我國(guó)農(nóng)村小型水電站的建設(shè)中，自潰壩是一種應(yīng)用較多的壩型模式。較之其他的壩體形式，其主要特點(diǎn)包括了以下兩個(gè)方面。

（1）優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。在水壩建設(shè)中，自潰壩的主要優(yōu)勢(shì)包括了以下幾點(diǎn)。一是材料優(yōu)勢(shì)。自潰壩建設(shè)中主要不使用水泥、鋼材等建筑材料，而是采用就地取材的方式獲得建筑材料，因此其建筑成本較低，同時(shí)材料的便利性較強(qiáng)。二是建筑技術(shù)簡(jiǎn)便優(yōu)勢(shì)。由于自潰壩自身的整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此便于其后期建筑管理工作的開展。三是使用中的優(yōu)勢(shì)。自潰壩在使用中具有安全性較強(qiáng)、不需要另建控制設(shè)施，以及對(duì)水中的漂浮物可以起到一定排泄作用等特征。

（2）使用中的劣勢(shì)。自潰壩在使用中除了以上優(yōu)勢(shì)外，在使用中也存在一定的劣勢(shì)問(wèn)題。這一問(wèn)題主要集中在水電站壩體啟潰水位的控制中，這一問(wèn)題包括了三種情況。一是如果河道中雜物過(guò)多，就會(huì)對(duì)壩體造成嚴(yán)重沖擊進(jìn)而影響壩體自身的整體質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致水壩在水位沒(méi)有達(dá)到自潰水位狀態(tài)下就發(fā)生潰壩，造成嚴(yán)重的事故。二是自潰壩發(fā)生潰壩后需要完全重建，投資成本高。三是如壩體無(wú)法正常潰壩，就必須采用爆破方式進(jìn)行處理，時(shí)間長(zhǎng)、效果差，容易對(duì)河道上下游安全造成嚴(yán)重影響。

（二）水力自動(dòng)翻板閘門壩以及主要特點(diǎn)

在水利設(shè)施建設(shè)中，水力自動(dòng)翻板閘門作為一種較為常見的水力自動(dòng)閘門，也是小型水電站建設(shè)的重要壩體形式。在使用的主要的特點(diǎn)包括了以下兩方面。

（1）優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。在這一壩體的使用中，其主要的優(yōu)勢(shì)包括了以下幾點(diǎn)。一是其整體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，進(jìn)而便于施工管理工作與技術(shù)控制；二是在使用中水流可以通過(guò)閘門上下面過(guò)水，確保了水壩過(guò)水能力以及避免了上游水位壅高值的情況；三是工程中不需要單獨(dú)建設(shè)啟閉設(shè)備和工作橋，以及相關(guān)的操作設(shè)備，減少了工程建設(shè)與運(yùn)行費(fèi)用；四是其設(shè)備可以由專業(yè)企業(yè)定制，材料使用與維護(hù)成本較低，管理簡(jiǎn)單。

（2）使用中的劣勢(shì)。在這類壩體的使用中，其最大的劣勢(shì)在于其閘門結(jié)構(gòu)較為薄弱，已收到外力影響。因此在河流中雜物過(guò)多、水流過(guò)大以及泄洪等情況下，閘門受力過(guò)大就會(huì)因?yàn)榱ο凳Ш庠斐善溟_度變化，甚至出現(xiàn)閘門失穩(wěn)、閘門與壩體出現(xiàn)結(jié)構(gòu)毀壞等問(wèn)題，影響其使用壽命。嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)閘門無(wú)法正常啟閉，不能滿足河道正常流水以及行洪技術(shù)要求。

（三）橡膠壩以及主要特點(diǎn)

橡膠壩體是當(dāng)前一種新型的水壩建設(shè)模式，由于其技術(shù)含量較高因此在當(dāng)前小型水利設(shè)施中得到了廣泛應(yīng)用。在當(dāng)前的水利設(shè)施建設(shè)中，其主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括了以下幾點(diǎn)。（1）材料節(jié)約。此類壩型使用的建筑材料，特別是鋼材、水泥以及木材等較少，適合小型水利工程建設(shè)。（2）具有較強(qiáng)的地形適應(yīng)性。橡膠壩在使用中可以適應(yīng)多種水文與地質(zhì)條件，且壩后工程較為簡(jiǎn)單。（3）成本較低。在水壩使用中橡膠壩的基礎(chǔ)底板、下游消能與上游防滲等主要結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)水壩使用具體情況進(jìn)行簡(jiǎn)化，進(jìn)而減少了建設(shè)投資成本。（4）建設(shè)施工期較短。橡膠壩建設(shè)中使用工廠定制的壩袋建設(shè)，并利用現(xiàn)場(chǎng)安裝的方式，其建設(shè)工期較短，同時(shí)質(zhì)量可以得到保障。（5）控制操作較為靈活。橡膠壩體在使用中可升可降，其擋水與泄水功能個(gè)完善，且在運(yùn)行維護(hù)成本低于其他類型壩體。

總之在三類當(dāng)前常用的壩體形式中，橡膠壩型式在實(shí)用性、成本與工期、施工技術(shù)層面、使用性能等因素中，其綜合性能較為突出，適用于當(dāng)前大部分淺析徑流式低水頭大流量小水電站使用，因此在農(nóng)村水利建設(shè)中得到了有效推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫燕峰. 甘肅省酒泉市洪水河水庫(kù)壩型比選設(shè)計(jì)[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督. 2017（05）

[2]張明. 盤縣西得泥水庫(kù)壩線和壩型選擇[J]. 水利科技與經(jīng)濟(jì). 2014（01）