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        徑流式低水頭大流量小水電站的壩型選擇

        2016-02-23 20:35:08王曉艷
        小水電 2016年2期

        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(zhì)條件,從建壩材料、施工技術(shù)、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(yīng)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(jié)構(gòu)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(guān)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(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,是加快農(nóng)村能源建設(shè)、改善能源結(jié)構(gòu)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(zhì)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(shè)計水頭7.5 m,設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)簡單,便于加高、擴建和管理維修;施工技術(shù)簡單,工序少,便于組織機械化快速施工;能適應(yīng)各種復雜的自然條件,可在較差地質(zhì)條件下建壩;運行安全可靠,不需要任何控制設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)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(yīng)性強,壩后工程簡單,壩基礎(chǔ)底板、下游消能、上游防滲等結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(nèi)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(jié)語

        橡膠壩與傳統(tǒng)閘壩工程相比,具有結(jié)構(gòu)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(yīng)用橡膠壩作為滾水壩或溢流堰,具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

        參考文獻:

        [1]范同斌,王淑麗,江臣.水庫自潰壩及其應(yīng)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(yīng)用[J].黑龍江水利科技,2011,39(4):126.

        [3]SL 227—98,橡膠壩技術(shù)規(guī)范[S].

        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

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