保山勐外坝河水电站取水坝设计

田国辉

【摘 要】文章介绍了勐外坝河二级水电站的工程项目概况，根据水电站工程水文地质条件及取水坝工程地质条件，提出了水电站取水坝的设计方案。

【关键词】水电站；取水坝；水文；地质；设计

1.工程项目概况

勐外坝河二级水电站位于于保山市龙陵县龙江乡勐外坝村境内，地理坐标在东径98°39′55″～98°45′22″，北纬24°41′29″～24°44′24″之间。

勐外坝河二级水电站工程概算总投资2132.17万元，项目建成后，水电站装机为2000+1600kw时，多年平均电能为1647.30万KW·h，装机年利用小时数为4576h。按上网电价0.20元/kw·h计算，年收益为329.46万元，经济效益较为显著。工程建成后，合理利用了当地丰富的水资源，将极大地缓解当地的用电困难。

2.工程水文地质条件

2.1含（透）水层及相对隔水层

第四系洪冲积层（Qpal）、残坡积（Qedl）及崩坡积（Qcol+dl），结构松散，属中等～强含（透）水层；片麻岩、板岩、变质砂岩等的全强风化带透水性中等～强，属中等～强含（透）水层；片麻岩、板岩、变质砂岩等的弱微风化带透水性微弱，可视为本区的相对隔水层，均属变质岩裂隙水。

2.2地下水的补给、径流、排泄

工程区内地下水埋藏形式以潜水为主，局部沿构造带（向斜核部及区域性断裂带）形成构造水。主要接受大气降水补给，沿孔隙、裂隙向河床径流，集中地段以泉点形式排泄，地下水补给河水。孔隙水及潜水水位变化受季节及河水位控制较明显。泉流量一般0.1～3升/秒，地下径流模数1～3升/秒·km2，富水性中等。

工程区水文地质条件简单，具典型山区峡谷河流地下水动力条件，主要接受大气降水补给，向勐外坝河排泄。地下水类型主要为裂隙潜水。

3.取水坝工程地质条件

勐外坝河二级电站取水坝位于该河中游段，在一级电站厂房尾水下游约100m处的河道建坝；坝长34m，采用浆砌石重力坝。河床地形较狭窄，呈“V”形河谷。地层岩性：河床表层分布为第四系全新统（Q4ap1）冲积洪积层，由砂砾石及漂石组成，无分选性，堆积中密～密实；亚磨园度；推测层厚约3～5m。坝基及岸坡岩石均为下古生界（PZ1）变质岩系，主要由片麻岩，间夹少量变质砂岩组成，岩层产状1330∠500，岩石受流水的冲蚀作用，两岸为基岩裸露，岩质较新鲜完整，均属弱风化状岩体，工程地质条件较好，坝基整体承载力及抗滑稳定问题不大。

建议：①如第四系冲洪积层不厚，即应把松散层全部清除至基岩层；如冲洪层较厚（大于5m）时，可在坝轴线河道内作适当（不少于3.5m）的清基处理；②地基土承载力标准值（fk）取350KPa，变形模量（E0）取26MPa；③进水口上边坡设挡墙护砌；坝址上下游可适当作护坦的抗冲刷防护措施。

4.水电站取水坝的设计

4.1取水口位置选定

勐外坝河二级水电站为引水式径流电站，电站引水系统采用无压方式。取水坝位于勐外坝河干流上，坝址处河谷狭窄，坝址海拔1468m。河道宽8m，河谷成V字型，左右两岸较陡。取水坝轴线上下游50m河道均转了近90°弯，坝址处轴线较短，具有良好的建坝条件。坝址以上地形较为开阔，取水坝建成以后，可有约1000方左右库容，考虑将取水坝以上库区作为沉沙池。

4.2取水坝

4.2.1坝体尺寸的拟定

根据取水口地形条件以及当地建筑材料情况，取水坝采用浆砌石溢流坝。取水坝河床高程为1468m，引水渠道进口底板高程为1472m，进水口采用折线型实用堰，堰宽δ=6.0m。闸室底板宽为1.2m。正常取水时，闸门全开，根据水力学计算公式条件，水流的出流为闸孔出流，取水闸闸孔尺寸为1.2×1.2m，取水口取水流量为渠道设计流量时，闸孔开度为0.97m，为了保证电站取水，考虑闸室进口及闸室水头损失，选定溢流坝顶高于取水闸门顶0.23m，为1473.20m。

拟定冲沙闸底板高程为河床高程即1470.00m，闸孔尺寸为0.8×0.8m。

4.2.2坝顶高程、宽度确定

①坝顶高程。

取水坝溢流段采用曲线型实用堰，溢流口宽为10m，溢流段坝顶高程1473.20m。根据水文分析计算，坝址处设计（p=10%）洪峰流量Qmax=38.40m3/s；校核（p=2%）洪峰流量Qmax=53.80m3/s，坝面溢流采用公式Q=mB3/2 计算求得：

设计堰上水头： H设=1.44m， Qmax=38.4m3/s。

校核堰上水头： H校=1.61m， Qmax=53.80m3/s。

坝顶高程为校核洪水位加坝体超高，坝体超高根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，二级站取水坝为5等建筑物超高应大于0.2m，取0.39m，故坝顶高程取为1475.20m。

②坝顶宽度。

根据规范规定并结合当地实际情况，拟定溢流段坝顶宽度为2.0m，非溢流段坝顶宽度为2.5m。

4.2.3取水坝特征水位的确定

冲沙闸底板高程：1470.00m

进水闸底板高程：1472.00m

溢流段坝顶高程：1473.20m

设计洪水位：1474.64m

校核洪水位：1474.81m

4.2.4坝体体型尺寸拟定

取水坝为浆砌石溢流坝，非溢流段坝顶高程1475.20m。溢流段坝顶高程1473.20m。最大坝高6.2m，坝顶长22.87m。坝体上游坡比为铅直，溢流段下游坡比为1：0.7。坝顶进口以出口采用半径为1.0m及1.5m的圆弧段连接，溢流口末端采用一半径为1.5m的反弧段连接。溢流段出口为原河床，出口采用挑流消能。

4.3取水闸

取水闸位于取水坝右岸，闸体采用C20钢筋砼，底板高程为1472.00m。取水闸孔口尺寸为1.2m×1.2m（宽×高）。闸前设一拦污栅，闸体与渠道设相连接（详见结构图）。闸顶平台高程为1475.20m，闸门启闭采用手动加电动带10TLG启闭机启闭。

水力计算：

根据结构布置，取水闸过闸水流按闸孔出流计算，设计取水流量为1.90m3/s。按《水闸设计规范》（SL265-2001）进行泄流能力复核。取水闸过水流量与闸门开启度见表1。

4.4冲沙闸

冲砂闸位于取水坝右岸，与取水坝紧相连。冲砂闸闸体采用C20钢筋砼，底板高程为1470.00m。闸孔尺寸：宽×高=0.8m×0.8m。闸门启闭采用手动加电动15TLG启闭机启闭，启闭机平台位于坝顶。根据电站取水坝坝址处水文报告对泥沙分析计算，多年平均来沙量为23.11万T，需定时对泥沙进行冲沙，闸门开启度与冲沙流量见闸门开度与流量关系表1。

表1勐外坝河二级站闸门开度与流量关系表

在冲沙期间建议采用冲沙流量为2.5～3.0m3/s。

4.5坝体稳定计算

4.5.1荷载计算与荷载组合

荷载计算：

①水压力。

②坝体自重。

③淤沙压力。

④动水压力。

⑤扬压力。

⑥地震荷。

荷载组合见表2。

表2 荷 载 组 合 表

4.5.2稳定计算

根据拦河坝设计剖面，对溢流坝段、挡水坝段，按抗剪强度公式，沿建基面进行了抗滑稳定计算，其抗滑稳定安全系数见表3。

表3 抗滑稳定安全系数计算表

由表可见，各坝段的抗滑稳定安全系数均满足规范规定的安全值。

5.结束语

勐外坝河二级水电站水资源条件优越，来水量稳定，工程区无不良地质现象，具备建站条件。通过工程建设，可以提高当地人民生活水平，增加财政收入，解决当地人员就业，加快小康社会建设步伐，为新农村的建设打下基础。同时合理利用了当地丰富的水资源，避免了森林资源的大量损耗，对保护地区生态环境，减少温室效应作出了贡献。

勐外坝河二级水电站取水坝按设计建成，工程建成后运行正常，坝体稳定，满足取水、泄洪功能。运行管理方便。