低水头电站设计中几个问题的探讨

《湖南水利水电）ｚｅｏ２牟第２期　低水头屯站设计中几个问题的探讨　枋志明　（翥　耄水利水电勘测设计研究院　长沙市４１Ｏ０Ｏ７）　［摘要］文章根据多个实例工程的设计经验，探讨低水头电站设计中坝址选择、枢纽布王、工程　坝址选择枢纽布王建筑物等级消能与防冲　等级、消能与防冲等Ｉ＂－１题，提出改善低水头电站技术经济指标的相关措施。　［关键词］低水头改革开放以来，我国国民经济迅速发展，能源问题日渐突　出　特别是河流中下游地区，土地肥沃，人口密集，交通繁忙，　而低木头电站，水头低，流量大，厂房规模、泄洪流量和导流规　模相对较大，有的还有较高的航运要求．库区淹投影响常较戢　施工导流和施工通航带来困难，因此低坝选　工农业生产发达，用电紧张，对开发水电、发展航运的要求迫　感　给枢纽布置、　切，自８０年代以来，湖南省水电勘测设计院相继设计了一大　址通常以满足各建筑物的合理布置及施工导流为主要因素，批低水头电站，在此将作者参与设计的几个低水头电站的主　要工程特性列表介绍如附表，并就如下几个方面谈点设计体　会，希望对以后低木头电站的设计有一定的借鉴作用。　河面较宽阔的河段、有江心洲的分岔河段常为首选坝址区，而　对地基要求相对较低，通常可通过适当的地基处理或适当的　结构调整予以解决。如：株洲航电枢纽位于湘江下游，以航运　为主、以电养航，在可研阶段选择了矮洲和空洲两个坝址进行　比较：矮洲坝址在空洲上游７，５　ｋｍ处，河谷宽ｌ碍，水面宽（５０Ｏ　￣１坝址和枢纽布置的选择　坝址和枢纽布置的选择是设计中的一个重要环节，要充　分考虑地形、地质、水文－水流　河势等自然条件以及河流的能　６５０）ｍ，右岸为低矮丘陵，左岸发育（２００￣３００）ｍ宽的Ｉ级　空洲坝址为分岔河段，水面宽（８００￣９５０）ｍ，河心洲宽　源与航运总体规划、交通现状、工程运行管理　旌工导流、施工　阶地：Ｏ０￣３００）ｍ宽的ｌ级阶　工期、施工期通航、工程投资、效益发挥等诸多因素。对紧邻城　２００　ｍ，左岸为低矮丘陵，右岸发育（１　镇或旅游区的工程，尚须考虑环境美化，与周围环境的协调及　地：两坝址均具备建坝的地形地质条件，空洲坝址河谷较宽，河心洲为施工导流创造了有利条件，节省　旅游资源开发。对低木头电站而言．选择一个好的坝址及枢纽　有利于泄水闸布置，布置．可以获得较大的经济效益。　了纵向围堰．并降低了施工期通航难度，可缩短工期，且比上　６６亿ｋＷ・ｈ／年，多渠化航道７．５　ｋｍ．虽库区　（１）低水头电站在坝址选择上与高山峡谷选址存在较大　坝址增加电能０－的差别：在高山峡谷进行高坝选址，为了减少大坝工程量．常　以河床狭窄处为首选．且坝址地质条件常是选址的主要因素：　淹没、征地等增加投资６　０００万元，但最终因综合指标明显优　越而选定为推荐坝址。史寡洲水电枢纽在史寡洲及洲头上游　１０　维普资讯 http://www.cqvip.com

杨毒明　低水头由玷设计中几十闩百的撵ｉ寸　５００　ｍ处进行了两个坝址比较，上坝址地质条件明显优越，但　制因素，如：株洲航电枢纽工程，按总库容划分为Ｉ等工程，按　采用软基筑坝方案与岩基方案综合比较，下坝址的软基筑坝　装机规模捌分为Ⅲ等工程，而接正常蓄水位下的库容为Ⅱ等　方案布置合理，施工布置及导流方便，总投资较上埂址少　工程，主要永久性建筑物考虑降低一教后为３最，相应校棱洪　３％，故设计采用了分岔河段的下坝址方案。　水标准为５０ｏ年一遇，这与交通部‘集化工程枢妞总体布置设　（２）低水头电站的枢纽布置主要注重如下几十问题：电　计规范），Ｉ了２２０—９８相一致．经设计论证、专家严格审评，采　站引用流量大，厂房基坑开挖较深．尾水槊底高程较低，基坑　用工程等别为Ⅱ等．主要建筑物为３级．并获得交通部审查批　及尾水槊开挖量通常是考虑厂房位置选择的重要因素之一；　泄洪流量大，溢流前缘长，往往占用河床宽度的７０％～９０％；　准。经估算，仅此一项可节省土建工程投资近千万元。　因此，作者认为对低水头电站的拦河建筑橱采取适当的　对于航运要求高的河道，船闸一般宜布置在河岸顺直、不易蹬　降级处理是可行的．也是十分必要的。建议在下孜水利水电规　积的河岸．并与厂房分开布置，避免相互间的运行干扰；低水　范修改时对正常蓄水位下的库容与工程等级的关系作些有益　’头电站大多位于河流中下游的平原或微丘区，两岸常有标准　的探讨。　较低的堤垸，河床及两岸的抗冲刷能力低，冲刷影响大，设计　３消能防冲设计　颓慎重考虑过坝水流的方向、流量分配及其扩散．以免对下游　低水头电站水头低，下泄水流单位能量小．消能问题不象　河势、堤防及航道造成不利影响。如：株洲航电的枢纽布置从　高坝大库那样引人注意．其实低水头电站的消能仍然重要，因　可研到初设．由浅＾耀进行了三个方案的比较论证。三个方案　低水头电站通常处于地势低平地区．下游两岸常有堤垸，人　的船闸均布置在顺直的右岸，针对电站厂房位置和两汉溢流　口、耕地密度，河堤、河床抗冲刷能力弱，消能处理不当撅易破　孔口数量分配间题进行比较：方案１为左岸厂房＋左汉１ｌ孔　坏下游天然的冲淤平衡状态，改变下游河势，造成新的安全危　闸＋右汉１３孔闸．方案２为中洲右侧厂房＋左汉１４孔闸＋右汉　害或损失。　ｌ０孔闸，方案３为中洲左侧厂房＋左汉ｌ１孔闸＋右汉１３孔闸。　低水头电站在洪水期垒开闸门敞渣，上下游东位差小，接　在可研报告及其批文中，一致以下游通航条件较好而其他条　近天然漉态，消能常不成阃题．而在＾库藏量大于电站发电流　件相近的方案１作为推荐方案．随着初设地勘工作的深＾，在　量而小于停机流量时，因下游水位降低，部分开闸弃水的消能　坝址区发现多处表面积选数千平米、深达３０￣６０　ｍ的溶蚀性　问题应予重视。因此．设计时通常对泄流量从小到大．进行搜　风化深槽．其风化物质不满足建筑物对地基的要求，致使方案　索性消能分析．找出须设置消能工的孔口数量．采取经济有效　ｌ的基础处理工作量最大．经对上述三个方案进行同等深度　的消能方式，再由水工模型试验进行验证和优化．并制定合理　的设计、投资分析及水力模型试验验证，方案３投资居中．但　的闸门调度方案。在朔南院的众多的低水头电站设计中．在底　厂房位于微弯河汉的凸岸，存在厂前蹬积问题．首先被否定，　流、面流、戽流消能的应用方面，积■了一些工程实践经验．尤　方案２投资最省，比方案１少３　８００万元（总投资的１．９％），　其是底流辅助消能工在实际工程中得到广泛应用。如：株洲航　但左右汉溢谎坝的泄洪比例与天然河汉的分洪比倒（左４５％，　电枢纽２４十闸孔．设ＵＳＢＲ型消力池ｌ４孔．池长２５　ｍ．护坦　右５５％）严重失调，河势演变对下游航道将产生不利影响．因　ｌ０孔；史家洲电站枢纽３０十闸孑Ｌ．设平底消力弛７孔．池长３２　此业主先后７次邀请国内知名的航道、水利专家进行评审．因　ｍ．护坦２３孔；永兴水电站ｌ３十闸孔．设ＵＳＢＲ型消力池３孔，　该工程以航运为主，最终审查仍确定采用枢纽布置方案ｌ。　弛长２２　ｍ．护坦４孔．面藏４孔；堡口水电站设９孔消力戽。　２　另外，由于低水头电站堰顶高程低，坝前水探浅。流速较　水利水电工程等级捌分及洪水标准关系刘工程和下游人　大．受三维收缩影响，可能产生上游埂奠的冲尉同矗．如株洲　民的生命财产安垒、工程造价及工程建设速度，是一十决策性　航电枢纽工程的水工模型试验证明．在中水量潜洪时上游坝　参数．国家先后颁布了《水利水电枢纽工程等级捌分及设计标　鹰闸墩下产生１．９　ｍ探冲坑，在小柘溪水电站水工模型试验　准》（山区、丘陵区部分）ＳＤＪ　１２－７８和补充规定、《水利水电枢　中测得埂奠最大流速达４．８　ｎ　．在朔南早期●建的马遘塘　纽工程等级划分及设计标准》（平原、滨海部分）ｓＤＪ　２１７—８７、　电站和青山水泵站的坝前也已发现较严重的冲尉情况。因此．　《防洪标准）ＧＢ　５０２０１－９４和现行规范《水利水电枢纽工程等　有的低水头电站应进行适当的上游防护。　级划分及洪水标准｝ＳＬ　２５２—２０００　设计一般按照现行规范进　４结语　行工程等别划分和建筑物级别及洪水标准的确定．但对于有　综合而言．对低水头电站的设计．提出如下几点体会：坝　些大江大河无调洪能力的低水头电站，规范仍接最高水位下　址选择大多以宽阔河段为宜（有江心洲更好）．有利于枢纽布　的总库窖捌分工程等级．这常比装机规模要高ｌ～２十等级．　置、施工导藏及通航；在枢衄布置时．潜水、发电、通麓建筑物　而实际上低水头电站在洪水时均开启闸门敞泄．闸前水位妻　问存在多个组合方案，进行方案比较时应洼意施工及遗航条　高很小．此时的水库容积实际上基本为河槽容积，随着洪水的　件的重要性和过坝水流对下游河势的影响；选摔适当的建筑　加大，上下游水位差减小，建筑物稳定安全度增大，不存在失　物等级，合理的消能型式及辅助消能工，通常是节省工程投　事对下游造成灾难的问题，反而在上游正常水位下游枯水位　资、改善低水头电站的技术经济指标的有效手段　时．建筑物稳定安全度最小，水头最大，一旦失事可能对下游　（收薯日靠：　０ｏ１－１２－２３）　造成灾难．正常蓄水位下的库窖通常是低水头电站的安垒控