饒俊勇，李模軍，陳德智

(1.西南電力設計院，四川 成都 610061；2. 東北電力設計院，吉林 長春 130021)

山谷干灰場排水型式和洪水標準調研及探討

饒俊勇1，李模軍1，陳德智2

(1.西南電力設計院，四川 成都 610061；2. 東北電力設計院，吉林 長春 130021)

通過對國內干灰場的調研，重點探討干灰場排水系統(tǒng)型式及洪水標準，發(fā)現其是影響山谷干灰場安全及投資的關鍵問題，并得到以下結論：①場外排水系統(tǒng)可采用攔洪壩——臥管的型式；②對于洪水量較大的灰場，場內排水系統(tǒng)宜采用豎井(或斜槽)——臥管的型式，對于洪水量較小灰場，可采用盲溝排水降低費用；③洪水標準宜根據灰壩等級分設計標準和校核標準確定；④灰場宜設置排滲設施；⑤嚴格規(guī)范的運行維護工作是山谷干灰場安全的必要保證。并提出了應對措施。

干灰場；排水系統(tǒng)；洪水標準；排滲設施；運行維護。

貯灰場是火力發(fā)電廠的重要組成部分，根據運行方式，分為水灰場和干灰場。水灰場是歷史悠久、技術成熟的貯灰場方式；而干式貯灰場以其初期投資低、建設周期短、耗水量少、灰場易于分塊、分期建設和使用的優(yōu)點而后來居上，得到廣泛應用。具統(tǒng)計，目前新批準建設的灰場中，干灰場占90%，而水灰場只占10%。

據赴國外考察資料介紹，國外大多數是平原灰場，有成功的設計和運行經驗，山谷灰場卻不多，尚無可借鑒的經驗。而在國內，山谷灰場占灰場中相當高的比例，例如西南地區(qū)山谷灰場占95%以上。對于多雨地區(qū)的山谷灰場，排水系統(tǒng)型式合理與否決定著實際洪水是否按照規(guī)劃的線路排放，成為影響山谷干灰場安全的決定性因素。一般山谷干灰場排水系統(tǒng)的投資達數百萬元甚至數千萬元，占灰場總投資30%以上，某些達到50%，而排水系統(tǒng)的設計和校核洪水標準直接決定著排水系統(tǒng)的規(guī)模和投資。洪水標準過高，則灰場防洪可靠性相應提高，但工程投資加大；而過低則反之，有可能洪水來不及排放，危及灰場安全。合適的洪水標準是保證灰場既安全又經濟的條件。故對山谷干灰場排水系統(tǒng)型式及洪水標準進行調研有重要意義。

由于國內目前尚沒有干灰場方面的設計規(guī)范，根據國家能源局下達的2010年能源領域行業(yè)標準制(修)訂計劃(國能科技(2010)320號)文通知要求，新編制定《火力發(fā)電廠干式貯灰場設計規(guī)范》。為了編制好該規(guī)范，真實反應電力行業(yè)中干式貯灰場的狀況，根據干灰場規(guī)范編制計劃要求，編制單位對國內干灰場進行調研。調研結果對規(guī)范編制提供依據和建議。

1 山谷干灰場調研

調研工作采用函調和現場調研兩種方式，函調共收到8個單位提供的16個具有代表性灰場的資料，并對其中5個灰場進行了現場調研。對于山谷干灰場最關鍵的問題之一的排水系統(tǒng)的型式及設計標準部分調研內容匯總見表1。

表1 山谷干灰場調研

2 排水系統(tǒng)型式及洪水標準探討

根據調研，干灰場從國外引入國內雖然時間不長，但進行了大量的實踐。而且目前的設計和運行管理總體來說是成功的，除個別出現險情外，基本上沒發(fā)生重大事故。

山谷干灰場在正常運行時灰面上基本見不到積水，但在降雨，特別是連續(xù)降雨時，往往又和水灰場相似。因其一般見不到積水，使很多人產生了錯覺，認為洪水問題不是干灰場的重要問題，對干灰場安全不夠重視。但在調研時，據現場管理人員反映，萬盛電廠、華能珞璜電廠在降雨時，截洪溝及灰面上均出現了大量的水；發(fā)耳電廠攔洪壩下臥管還被洪水及夾帶的砂礫造成嚴重磨損。許多學者的研究[6]和工程事故教訓[4]也說明了這點。故對于山谷干灰場，洪水依然是決定灰場安全的主要因素。

設計干式貯灰場時，理念上應使場內保持相對的干式運行環(huán)境；否則，大量洪(雨)水進入灰場，將改變灰場運行環(huán)境，對灰渣堆放和灰渣子壩的加高造成影響，并有可能造成洪水翻越灰渣壩體，垮壩，產生泥石流的嚴重事故。同時，環(huán)保部門也對山谷干灰場的排水系統(tǒng)設置提出了嚴格要求，暴雨時主要的洪水應不和灰渣接觸，干凈的雨水直接排出灰場范圍，少量洪水和灰場范圍內的雨水通過場內排水系統(tǒng)排出。根據這個理念，山谷干灰場的設計，一般是結合山洪特點和當地地形條件，采取截堵和疏導的措施，使大量洪水繞過或穿過灰場排至下游。通常攔洪壩位于山谷上游端，用于攔蓄上游流域的洪水，壩下和溝底埋排洪涵管，洪水通過排水系統(tǒng)排至灰場外，該系統(tǒng)稱為場外排水系統(tǒng)。下游設置堆石棱體攔截灰場區(qū)間雨水，灰場內設置排水豎井等構筑物，確保在運行期間灰場內多余雨水被排走保證灰場安全，但灰渣不至于被場內雨水沖蝕流失，該系統(tǒng)稱為場內排水系統(tǒng)。

2.1 場外排水系統(tǒng)主要型式

場外排水系統(tǒng)含截洪溝系統(tǒng)和攔洪壩系統(tǒng)，攔洪壩攔蓄的洪水可采用排水管(涵)引至灰場下游，亦可采用溢洪道或泄洪洞將洪水排至鄰近山溝。場外排水系統(tǒng)主要功能是將灰場外的雨水和匯水直接排往灰場下游，避免進入灰場被污染，同時減少進入灰場的洪水量。

從調研情況來看，除灰面以上匯水面積非常小、灰面已接近分水嶺的情況外，一般灰場都設有截洪溝。截洪溝以上的匯水不進入灰場，通過截洪溝直接排至灰場下游。截洪溝多采用漿砌塊石、素混凝土、鋼筋混凝土結構。

攔洪壩根據灰場上游匯水面積和山谷地形情況設置。在山谷比較狹長、庫尾匯水面積大的情況下設置。攔洪壩和排水臥管組成系統(tǒng)，將攔蓄洪水穿過灰場排到下游。為防止攔蓄洪水倒灌入灰場，該臥管往往和場內排水系統(tǒng)的臥管分開設置，若合并設置，需在布置時注意攔洪壩攔蓄洪水不倒灌灰場。

2.2 場內排水系統(tǒng)型式

場內排水系統(tǒng)有豎井、臥管、斜槽、滲井、盲溝等，主要目的是排放灰場內雨水，保證灰場安全。場內排水系統(tǒng)多采用豎井(或斜槽)——臥管排水系統(tǒng)。采用該方式的實例很多，西南、中南、西北等地的灰場多采用這種排水系統(tǒng)。從實際運行效果來看，運行情況總體良好，沒出過安全事故或存在安全隱患。

在降雨相對較少的地區(qū)，也有采用滲井或盲溝排水。

某灰場采用攔洪壩——截洪溝排水系統(tǒng)，即在灰場上游設置攔洪壩，攔蓄洪水通過和攔洪壩連接的截洪溝排至下游，截洪溝按照100年一遇洪水標準設計，其上匯水匯入截洪溝排往灰場下游。截洪溝標高以下灰場內的雨水經初期棱體(初期棱體設有土工布和反濾層)排出灰場。但從實際運行情況來看，截洪溝維護情況不好，部分該截洪溝攔截的匯水進入灰場，棱體滲水能力無法滿足排水要求，出現了從棱體頂溢流的情況?？梢姅r洪壩——截洪溝排水系統(tǒng)容錯能力較差，一旦維護不好或出現超標準的洪水，截洪溝不能攔截的洪水就進入灰場，只能依靠灰體和初期棱體通過滲流的方式排水。由于灰壩和初期棱體滲流能力有限，且運行中容易堵塞，容易出現危及灰場安全問題并造成環(huán)保事故。而采用豎井(或斜槽)——臥管排水系統(tǒng)，可利用灰場的蓄洪庫容調洪，且隨水位升高，排水系統(tǒng)排洪能力隨著增強，保證洪水從規(guī)劃的排水通道安全地排出灰場。該系統(tǒng)能力強，運行管理簡單，可操作性強。對于洪水量較大的山谷灰場，建議采用豎井(或斜槽)——臥管型式的排水系統(tǒng)；對于洪水量較小的地區(qū)，可采用盲溝排水降低費用。

2.3 場外排水系統(tǒng)洪水設計標準

根據調研，攔洪壩洪水標準和灰場洪水標準相同，即按照灰場庫容和壩高，確定灰場等級，并按照《火力發(fā)電廠水工設計規(guī)范》DL/T5339－2006中17.1.4條規(guī)定確定攔洪壩洪水標準。從運行效果來看，按照這個標準設計的攔洪壩及排水系統(tǒng)安全還是有保障，目前還沒有事故發(fā)生的報告。

表2 山谷灰場洪水標準

近年修建的灰場截洪溝洪水標準一般均按照10年一遇設計，早期的灰場截洪溝有按照100年、20年一遇設計。因截洪溝較長，投資高，截洪溝設計洪水標準過高則必然導致投資的大量增加，但多攔截的洪水量有限，故目前規(guī)范中規(guī)定的10年一遇標準是合適的。

2.4 場內排水系統(tǒng)洪水設計標準

采用豎井(或斜槽)——臥管的場內排水系統(tǒng)洪水標準一般均參照《火力發(fā)電廠水工設計規(guī)范》DL/T 5339－2006中表17.1.4－1執(zhí)行(即水灰場洪水標準)。即根據灰場庫容和壩高確定灰場等級，再根據等級確定排水系統(tǒng)洪水標準。調研情況和其他學者研究表明，這個標準是合適的，在保證灰場安全和投資方面是比較好的一個平衡點。

采用其它型式的場內排水系統(tǒng)時，洪水標準也參照該規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。

2.5 排滲結構

浸潤線的高低對灰場安全有決定性影響，很多灰場的事故都是因為種種原因引起浸潤線過高導致。為了降低運行時浸潤線，部分灰場設置了排滲設施。比較典型的是利用盲溝和豎井排滲。當需加高豎井的進水口高程時，不采用封堵的方式，而采用土工格柵及土工布包裹豎井至需要的高程，包裹部分豎井就變成一個滲井，允許水滲入豎井降低浸潤線而灰不會進入豎井。設排滲設施的另外一個例子是利用臥管。在臥管上開洞，也可降低浸潤線。

2.6 排水系統(tǒng)巡視和維護

灰場排水系統(tǒng)能不能正常工作，洪水能不能按照設計路線排出，直接決定灰場安全，故排水系統(tǒng)的巡視和維護是非常重要的工作。

攔洪壩前一般匯水面積大、地形陡峭、植被較差、水土保持薄弱，為防止臥管淤、堵，影響泄洪，設計時應在壩前設置防撞隔離墩，以防止大塊石進入壩前和臥管內，在進水口設置粗格柵，防止樹枝、雜草等漂浮物進入并堵塞臥管；運行單位應加強管理，每年汛期前必須對壩前和臥管進行檢查、維修和清理，特別是洪水來臨時，必須有人在此堅守崗位，發(fā)現險情必須及時通報并組織處理。

對灰場的其它設施，如壩坡、排水溝、截洪溝、豎井、排洪臥管、觀測設施、庫內筑灰情況以及庫內水位應經常進行巡視。若發(fā)現壩坡局部被踐蹋、局部塌方或護坡被損，應加強管理并修復；若發(fā)現壩坡滲水、滲漏、下游滲水量突然增大、水質變渾應立即上報，并加強監(jiān)視；若發(fā)現壩體產生裂縫、壩體局部塌方、有滑坡預兆、雨水集中匯流沖刷壩坡等，應立即上報，并及時處理；若發(fā)現排水溝、截洪溝、排洪臥管堵塞，應及時疏通；若發(fā)現攔洪壩臥管進口攔污柵處被樹枝，雜草、大塊石等封堵，應及時清除、疏通，若發(fā)現觀測設施被損，應及時修復。

3 結論

根據調查研究結果，干灰場引入國內雖然時間不算長，但進行了大量的實踐，遍布全國各地，從溫暖多雨的南方地區(qū)到寒冷干旱的北方地區(qū)均被大量采用。而且目前的設計和運行管理總體來說是成功的，基本上沒發(fā)生重大事故。

應根據地形和洪水量確定是否設置場外排水系統(tǒng)，場外排水系統(tǒng)可采用攔洪壩——臥管的型式，亦可采用溢洪道或泄洪洞將洪水排至鄰近山溝。

對于洪水量較大的山谷灰場，建議采用豎井(或斜槽)——臥管型式的排水系統(tǒng)；對于洪水量較小的地區(qū)，可采用盲溝排水降低費用。

洪水標準宜根據灰壩等級分設計標準和校核標準按照《火力發(fā)電廠水工設計規(guī)范》DL/T 5339－2006中表17.1.4－1執(zhí)行(即水灰場洪水標準)，該標準是合適的。設有排水系統(tǒng)并按照標準設計的，運行情況都比較好。

灰場宜設置排滲設施，以降低灰體浸潤線。

嚴格規(guī)范的運行維護是山谷干灰場安全的必要保證。

通過本次調查研究，使我們較全面、系統(tǒng)、深入地掌握了山谷干灰場排水設施型式及洪水標準，為更好編制規(guī)范奠定了良好基礎。

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Discussion on Floodwater Standard And Drainage Type in Dry Ash Field Valley

RAO Jun-yong1, LI Mo-jun1，CHEN De-zhi2
(1.Southwest Electric Power Design Institute, CPECC Chengdu 610061, China；
2. Northeast Electric Power Design Institute，CPECC Changchun 130021, China)

Based on investigation of local dry valley ash yard, research has been done on type of drainage structure and flood standard, which are key issues that affect the safety and cost of the dry valley ash yard. Following results can be acquired: ① Retaining dyke and drainage pipe system is preferable for exterior drainage structure system.②Drainage well(or inclined trough) and drainage pipe system is the reasonable type of drainage structure. ③Flood standard shall be implemented including design flood standard and check flood standard respectively according to grade of ash dam. ④Seep protecting and drainage facilities shall be built in the dry valley ash yard. ⑤Operation and maintenance is necessary to guarantee the safety. And response measures are proposed.

dry ash yard; drainage structure; flood standard; seep protecting and drainage facilities; operation and management.

TM621

B

1671-9913(2014)03-0045-04

10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2014.03.010

2013-07-16

饒俊勇(1972- )，男，陜西城固人，碩士，高級工程師，主要從事電廠水工結構設計。