抽水蓄能電站工程地質(zhì)勘查工作開展策略分析

李曉明

摘要：隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展及城市化進程的加快，社會對能源的需求不斷提升，電力逐漸成為能源的主要組成部分。然而，由于電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電力系統(tǒng)在調(diào)配環(huán)節(jié)還存在一些隱患，在一定程度上制約了電力系統(tǒng)發(fā)展。抽水蓄能電站作為電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)施，能夠“削峰填谷”，實現(xiàn)電力的高效利用。在此背景下，本文從抽水蓄能電站入手，分析其工程地質(zhì)需求，并通過地質(zhì)勘查規(guī)避可能存在的地質(zhì)隱患，以保證抽水蓄能電站的工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站；地質(zhì)勘查；地下水

在現(xiàn)階段電力網(wǎng)絡(luò)逐漸復(fù)雜且規(guī)模不斷擴大的背景下，抽水蓄能電站能夠?qū)崿F(xiàn)電力高峰及低谷時期的電力轉(zhuǎn)移，保證電力網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)性，因此，工作人員要加強對抽水蓄能電站的重視。然而，在發(fā)展過程中，抽水蓄能工程的建設(shè)規(guī)模一般較大，為了保證施工質(zhì)量，需要勘探人員結(jié)合實際地質(zhì)勘查，研究當?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境及水文條件，從而確定電站的施工位置，并且分析地質(zhì)環(huán)境，研究其存在的地質(zhì)問題及安全隱患，保證電站工程質(zhì)量。然而，抽水蓄能電站對地質(zhì)環(huán)境需求較高，針對地質(zhì)勘查流程較多且技術(shù)性較強，在實際作業(yè)環(huán)節(jié)需要結(jié)合實際情況對勘查工作的開展策略進行分析，方便勘查工作順利落實。

一、抽水蓄能電站地質(zhì)勘查工作概述

（一）抽水蓄能電站及地質(zhì)勘查的概念

抽水蓄能電站是指利用電力負荷低谷時的電能抽水至上水庫，在電力負荷高峰期再放水至下水庫發(fā)電的水電站，又稱蓄能式水電站。它可將電網(wǎng)負荷低時的多余電能，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)高峰時期的高價值電能，還適于調(diào)頻、調(diào)相、穩(wěn)定電力系統(tǒng)的周波和電壓、宜為事故備用，還可提高系統(tǒng)中火電站和核電站的效率。抽水蓄能電站容量增幅大、發(fā)展快，是現(xiàn)階段常見的工程設(shè)施之一，在社會中發(fā)揮重要功能。然而，其建設(shè)對環(huán)境要求較高，為了保證其功能順利發(fā)揮，地質(zhì)勘查也就成為抽水蓄能電站的關(guān)鍵一環(huán)。

地質(zhì)勘查隸屬地質(zhì)工程領(lǐng)域，以自然科學和地球科學為理論基礎(chǔ)，以地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源的普查與勘探、重大工程的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地質(zhì)背景涉及的工程問題為主要對象，以地質(zhì)學、地球物理和地球化學技術(shù)、數(shù)學地質(zhì)方法、遙感技術(shù)、測試技術(shù)、計算機技術(shù)等為手段，為國民經(jīng)濟建設(shè)提供服務(wù)。在抽水蓄能電站中，地質(zhì)勘查能夠?qū)^(qū)域內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境進行詳細的研究，為電站選擇合適的位置，并且對判斷可能存在的地質(zhì)問題進行解決，保證電站作業(yè)的安全性。

（二）抽水蓄能電站的功能

不同于傳統(tǒng)的水力發(fā)電站，抽水蓄能式電站的功能更多傾向于電能的調(diào)節(jié)，其功能和傳統(tǒng)電站存在差異。首先是峰調(diào)，電力的使用總額度在不同時期有不同的數(shù)值，在某個階段存在峰值，在某個階段存在低谷。這就導致峰值階段電力供不應(yīng)求，低谷之時電力卻過于富裕，在一定程度上影響電力配送的穩(wěn)定性。抽水蓄能電站能夠?qū)⒏挥嗟碾娏κ占饋碛糜谔嵘?，然后在電力供?yīng)不足之時利用提升的水位發(fā)電。其次是發(fā)揮調(diào)壓調(diào)相作用。抽水蓄能電站可以調(diào)節(jié)局部電壓偏高的狀況，保證電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。最后是發(fā)揮事故備用作用。電網(wǎng)是一個復(fù)雜的規(guī)?；W(wǎng)絡(luò)，很容易受到各種因素的影響出現(xiàn)事故，導致電力配送不及時。在此背景下，抽水蓄能電站能夠憑借自身的發(fā)電功能實現(xiàn)備用電能的供給，滿足故障地的電力配送，進而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，抽水蓄能電站具有黑啟動、系統(tǒng)特殊負荷等功能，在很大程度上推動了社會發(fā)展，也進一步推動了抽水蓄能電站發(fā)展。

二、抽水蓄能電站工程地質(zhì)勘查難點

在抽水蓄能電站地質(zhì)勘查時，還存在一些勘查難點，需要勘查人員對勘查難點進行研究，方便后續(xù)工作開展。抽水蓄能電站勘查作業(yè)，見表1。

（一）上水庫滲透問題

抽水蓄能電站的主要功能是協(xié)調(diào)電力配送，并且依靠水位進行電力生產(chǎn)，因此，抽水蓄能電站的位置一般選擇地形低洼的盆地或者山溝，但是抽水蓄能對水電站位置的要求較高，除了少量的洪屏、泰安等抽水蓄能電站以外，基本上很難找到有天然徑流補給的抽水蓄能電站。在此背景下，設(shè)計者一般通過工程設(shè)計滿足抽水蓄能電站的作業(yè)需求，通過上水庫水源儲存。但是上水庫相較于盆地地形還存在一些差異，在一定程度上影響勘查作業(yè)的開展，需要在主壩之外設(shè)計副壩以滿足蓄水需求。雖然抽水蓄能電站在上水庫庫容的要求上不算太大，可以通過山地開挖實現(xiàn)副壩的設(shè)計，但是地質(zhì)質(zhì)量及邊坡的穩(wěn)定性就可能導致上水庫滲漏。在實際作業(yè)環(huán)節(jié)，就需要在抽水蓄能電站的地質(zhì)勘查環(huán)節(jié)對上水庫的蓄水能力進行詳細勘查，明確是否可以有效蓄水，是否會產(chǎn)生滲漏等。要實現(xiàn)這一目的，勘查人員往往需要對上水庫進行詳細深入的地質(zhì)測繪，分析上水庫的巖層特性及覆蓋分布，并且結(jié)合當?shù)氐叵滤暗乇硭植紶顩r實時調(diào)整施工方法，盡可能地規(guī)避外界因素的影響。上水庫滲透問題會在很大程度上影響勘查作業(yè)的開展，不僅增加作業(yè)量，還會影響勘查質(zhì)量，阻礙勘查作業(yè)順利落實。

（二）地下廠房圍巖穩(wěn)定問題

由于抽水蓄能電站的特殊性，其廠房一般設(shè)計在地下，圍巖的穩(wěn)定性是影響地質(zhì)勘查的重要一環(huán)。為了保證地下廠房的安全，勘查人員在實際工作中首先需要對廠房的位置勘查，針對當?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)狀況進行研究，結(jié)合實際的地質(zhì)綜合分析廠房的地理位置、軸線以及地應(yīng)力等，顯著增加地質(zhì)勘查的任務(wù)量及作業(yè)難度?？辈槿藛T在勘查過程中需要面對復(fù)雜的地質(zhì)狀況及廠房的設(shè)計要求，在保證廠房質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡可能地對當?shù)氐刭|(zhì)進行勘查，規(guī)避圍巖可能發(fā)生的隱患。但是地下廠房本身規(guī)模較大，會對巖層結(jié)構(gòu)造成影響，人員在地質(zhì)勘查時面臨復(fù)雜的環(huán)境地質(zhì)及技術(shù)難點，很容易出現(xiàn)失誤，影響勘查結(jié)果的精準度。

（三）庫岸穩(wěn)定

相較于傳統(tǒng)的水利工程，由于抽水蓄能電站需要蓄水來實現(xiàn)電力的調(diào)度，庫巖的穩(wěn)定性也就成為工程關(guān)注的要點。在實際作業(yè)過程中，工作人員需要結(jié)合實際的發(fā)展需求對庫巖的穩(wěn)定性進行研究，并且綜合考慮會對庫巖產(chǎn)生影響的因素，諸如岸坡的水下休止角、水下穩(wěn)定坡角，以及浸水對軟弱結(jié)構(gòu)面強度影響等。這樣一來，顯著增加勘查作業(yè)量，不僅需要對水庫周邊的巖層狀況進行調(diào)查，確定其性質(zhì)及穩(wěn)定性，還需要綜合調(diào)查周邊地質(zhì)和水庫巖層之間的聯(lián)系，分析各種因素可能對庫巖穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，從而提前采取措施規(guī)避，保證施工質(zhì)量。此外，抽水蓄能電站在水位升降時對周圍庫岸的壓力也會產(chǎn)生影響，進而導致穩(wěn)定性波動。在此基礎(chǔ)上，勘查人員需要對不同水位狀況下庫岸受到的壓力進行研究，綜合分析庫岸的承載能力，并且采取加固措施增強其穩(wěn)定性，保證庫岸的穩(wěn)定性。

（四）技術(shù)難度較大

在針對抽水蓄能電站的地質(zhì)勘查作業(yè)中，勘查人員需要針對水文及地質(zhì)等全面的檢查，具有很強的技術(shù)。在水文方面，水源作為抽水蓄能電站能量轉(zhuǎn)換的介質(zhì)，需要消耗一定的電能從下水庫通過可逆式水泵水輪機組提升。水位的提升對設(shè)施的壓力也很大，還會對周圍的巖層產(chǎn)生很大的影響。為了規(guī)避這些因素的影響，需要利用地質(zhì)勘查技術(shù)分析圍巖的抗劈裂和防滲能力，判斷其最大承載能力，以方便后續(xù)的加固作業(yè)。輸水系統(tǒng)滲水量較大時，也會對周圍山體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，進一步增加作業(yè)難度。抽水蓄能電站水庫的水位變化較為頻繁，變化幅度也很大，所以對勘查評價的要求很高。

不同抽水蓄能電站規(guī)劃選點方案見表2。

三、抽水蓄能電站工程地質(zhì)勘查工作的開展策略

（一）確定勘查目標

對于地質(zhì)勘查來說，無論是保證勘查質(zhì)量還是保證勘查作業(yè)的落實，確定勘查目標都十分必要。在實際作業(yè)環(huán)節(jié)，需要結(jié)合抽水蓄能電站的整體需求確定地質(zhì)勘查的對象目標進行，以便后續(xù)作業(yè)開展。首先要重視地質(zhì)災(zāi)害。作業(yè)人員需要結(jié)合當?shù)氐牡刭|(zhì)特點對地震地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查工作，研究其產(chǎn)生原因以及危害程度，便于后續(xù)施工有效規(guī)避問題，保證作業(yè)順利落開展。其次要重視施工場地地質(zhì)調(diào)查作業(yè)。抽水蓄能電站需要大量的設(shè)備，這些設(shè)備規(guī)模較大而且具有較高的精密度，在實際作業(yè)環(huán)節(jié)需要加強對設(shè)備場地存放位置的地質(zhì)勘查。在工作環(huán)節(jié)，作業(yè)人員要重視棄渣場、料場、交通工程、籌建期工程、施工場地等處的勘測工作，了解巖石特點及巖層分布狀況，在此基礎(chǔ)上分析施工作業(yè)的可行性，規(guī)避可能存在的安全隱患。最后要重視邊坡施工，抽水蓄能電站對邊坡的壓力較大，很容易出現(xiàn)各種問題，在實際作業(yè)環(huán)節(jié)中需要加強對邊坡巖層承載力及防滲透的勘查，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計電站。

（二）3S技術(shù)的應(yīng)用

對于地質(zhì)勘查來說，3S技術(shù)作為一項先進的技術(shù)手段，也是勘查的關(guān)鍵手段，需要勘查人員科學運用。首先是地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用。結(jié)合3S技術(shù)，能夠?qū)⑹占某樗钅軈^(qū)域地質(zhì)狀況整合成資料信息，借助計算機及專業(yè)的制圖軟件將各種信息轉(zhuǎn)化為柱狀圖、平面圖及剖面圖等，直觀展現(xiàn)出來，供設(shè)計人員參考，保證勘查設(shè)計質(zhì)量。其次是定位系統(tǒng)的運用。3S技術(shù)一方面能夠精準定位廠房位置，保證各個設(shè)施協(xié)調(diào)推進；另一方面，通過定位進行高程測量，有針對性地解決跨溝、跨河水準難以傳遞的問題，提升測量的精準度，保證勘查質(zhì)量。最后是遙感技術(shù)的應(yīng)用。遙感技術(shù)可以借助各種設(shè)備對區(qū)域進行范圍測量，該技術(shù)具有信息豐富、測量范圍廣及速度快的優(yōu)勢，可以對區(qū)域地質(zhì)狀況進行拍攝并且成像，從而及時、快速、準確地反映水電工程所在區(qū)域存在的地質(zhì)及環(huán)境問題。

（三）工程物探技術(shù)的應(yīng)用

除卻3S技術(shù)外，工程物探技術(shù)也是常見的技術(shù)手段。在實際作業(yè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)有的先進物探技術(shù)主要有鉆孔彩色電視系統(tǒng)和地球物理層析成像技術(shù)等，具有其獨特的優(yōu)勢，可以滿足不同抽水蓄能電站的地質(zhì)勘查作業(yè)需求。首先是鉆孔彩色電視系統(tǒng)技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的技術(shù)手段來說，利用該技術(shù)進行地質(zhì)勘查具有性能穩(wěn)定、集成度高，以及電路設(shè)計科學合理等優(yōu)勢，可以保證勘查信息的質(zhì)量。在信息收集及傳遞環(huán)節(jié)，該技術(shù)的作業(yè)失真較少，能夠重現(xiàn)場地的彩色圖像，耐沖擊性能較強且成本較低。目前，隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，鉆孔彩色電視系統(tǒng)又在開發(fā)圖像處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用工控級主機，形成錄像機、監(jiān)視器、控制器的三位一體，形成一體化的主機控制系統(tǒng)。鉆孔彩色電視系統(tǒng)可以通過配接口徑不同的鉆孔電視探頭，對圖像進行數(shù)字化采集、壓縮與存儲，既可以將勘查成果刻錄成光盤，也可以對圖像進行后期的制作與處理。地球物理層析成像技術(shù)也就是通常人們所說的CT技術(shù)，主要利用已有的鉆孔或平洞，采用一定的發(fā)射和接收方式，采集和處理透射波，通過研究與分析孔洞之間巖體的波速值，對各區(qū)間的巖體評價、分析和判斷。

四、結(jié)語

綜上說述，在實際作業(yè)環(huán)節(jié)，為了保證電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，抽水蓄能電站成為水利工程及電力工程的關(guān)鍵一環(huán)，需要加強對其的重視程度。然而，抽水蓄能電站工程不同，工程地質(zhì)條件不同，決定了每個站點的工程地質(zhì)勘查的重點、難點不同，但上水庫滲漏、壩基建基面選擇、高壓管道襯砌型式選擇、地下廠房圍巖穩(wěn)定應(yīng)該是抽水蓄能電站的共同問題。

參考文獻：

[1]李沁書，溫家華，柴建峰，等.抽水蓄能電站棄渣場勘查設(shè)計中若干問題的探討[J].水電與抽水蓄能，2021，

7（02）：90-94.

[2]江蘇宜興抽水蓄能電站工程地質(zhì)勘查[C]//中國水利水電勘測設(shè)計協(xié)會.水利水電工程勘測設(shè)計新技術(shù)應(yīng)用——2013年度全國優(yōu)秀水利水電工程勘測設(shè)計獲獎項目技術(shù)文集，中國水利水電出版社，2014：80-85.