径流式低水头大流量小水电站的坝型选择

王晓艳，王　静

(1．石家庄市水电及农村电气化发展处，河北 石家庄 050021；2．石家庄市水资源综合管理办公室，河北 石家庄 050051)



径流式低水头大流量小水电站的坝型选择

王晓艳1，王静2

(1．石家庄市水电及农村电气化发展处，河北 石家庄 050021；2．石家庄市水资源综合管理办公室，河北 石家庄 050051)

摘要：河北省平山县大坪水电站从自身实际条件出发，根据电站坝址地形、地质条件，从建坝材料、施工技术、维护管理、防洪要求、工程造价等方面对自溃坝、水力自动翻板闸门坝和橡胶坝3种坝型进行比选，简要分析了在低水头、大跨度的河道上，应用橡胶坝作为滚水坝或溢流坝，能使水资源得到充分利用，上游淹没损失较小，在整体工程布置上具有结构简单、经济合理、运行方便、工程造价较低等优势，最终选择橡胶坝为本工程较为理想的坝型。

关键词：低水头大流量水电站；自溃坝；坝型选择

1概述

小水电属于非碳清洁能源，既不存在资源枯竭问题，又不会对环境造成污染，在老少边穷山地区，因地制宜地开发小水电等可再生能源，把水力资源转变为电能，是加快农村能源建设、改善能源结构布置、缓解电网末端供电紧张、保护森林植被、减少大气污染，促进生态平衡的行之有效的方法。

大坪水电站位于河北省平山县大坪村上游、河西头大桥下游1.14 km处。该站引用滹沱河水发电，是滹沱河干流梯级开发的首级电站，在其下游已建有康庄、小觉、秘家会、十里坪等多座梯级电站。电站装机容量1 000 kW，年利用小时数4 555 h，多年平均发电量455.5 万kW·h。该工程主要由拦河坝、厂房、尾水渠、进水闸、冲沙闸、发电厂房等组成。

坝址位于滹沱河干流上，库区河道地势平坦、河床变化不大，坝址区为渐变喇叭口状河谷，谷宽250～300 m。整个河谷被第四系地层覆盖，其岩性为粉质砂土、漂卵石层，漂卵石层以下为黑云斜长片麻岩。

电站紧靠石闫公路，交通便利，电站100 m处有10 kV线路通过，联网十分方便。

2电站的坝型选择

大坪水电站设计水头7.5 m，设计单机流量8.04 m3/s，电站厂房位于坝后右岸，属于低水头大流量坝后式水电站。电站挡水建筑物由左岸非溢流坝段、溢流坝段、右岸非溢流坝段组成，坝全长218 m，左岸非溢流坝长73.56 m，右岸非溢流坝长52 m，溢流坝总长92.44 m；坝基座在基岩上，最大坝高12.7 m(其中地面以下7.4 m，地面以上5.3 m)。

挡水坝非溢流坝段采用浆砌石重力坝，溢流坝段要妥善解决蓄水发电及泄洪需要，在设计初始考虑了自溃坝、水力自动翻板闸门坝、橡胶坝等几种类型。

2.1自溃坝

在当地建成的多数小型水电站中，采用自溃坝最为普遍[1]。它可以就地、就近取材，节约大量的水泥、钢材、木材等建筑材料，造价低廉；与同规模的闸坝相比，造价可降低50%～70%。另外，其结构简单，便于加高、扩建和管理维修；施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工;能适应各种复杂的自然条件，可在较差地质条件下建坝；运行安全可靠，不需要任何控制设施，还具有可以排泄坝前水流挟来的漂浮物等优点。

大坪水电站下游的小觉水电站就选用了自溃坝作为溢流坝，该站经过20多年运行实践证明，自溃坝在运行中存在很大弊端，主要是坝体启溃水位不好掌控。滹沱河汛期洪水中挟带杂物较多，对坝体冲击较大，导致溃坝可能在未达到自溃水位时坝体已经溃掉，严重影响电站正常发电生产；溃坝后还需重建，投资大、时间长，给电站的经济效益带来极大损失。如果将溃坝建造得坚固些，坝体在达到自溃水位时却不能溃坝，通常需要准备炸药爆破，难以满足及时排泄洪水的需要，既给上游及区间带来淹没损失，又严重影响了河道行洪。

2.2水力自动翻板闸门坝

水力自动翻板闸门是目前常用的一类水力自动闸门[2]。它结构简单、施工简便、具有从闸门上面、下面同时过水的特点；它能保证有较大的过水能力和较小的上游水位壅高值，使坝体工程量大为减少，且省去了启闭设备和工作桥，不需人工和电力操作，运行费用低；可由专业厂家生产定型产品，其材料用量和投资少、运行维护简单。

但是在运行过程中，受上游来水量、泄水量和挟带杂物的影响，往往闸门随着门前水位而变化，力系失衡后闸门的开度也不断发生变化，严重时将使闸门产生越来越大幅度的摆动，以致不能控制，从而使闸门失稳，出现“拍打”现象；导致闸门、坝坎结构毁坏，大大缩短闸门的寿命，甚至使闸门完全毁坏；尤其是遇大洪水时会被上游漂浮杂物卡住而影响闸门启闭，不能满足河道行洪要求。

2.3橡胶坝

橡胶坝是一种低水头的新型水工挡水建筑物，已广泛应用在水利工程中[3]。它不需要修建工作桥、闸墩等钢或钢筋混凝土结构，结构简单，跨度大，单跨可达100 m，“三材”用量显著减少，可节省钢材30%～50%，水泥50%左右，木材60%以上；地形适应性强，坝后工程简单，坝基础底板、下游消能、上游防渗等结构可适当简化，可大大节省工程投资，与常规闸坝相比，可减少投资30%～70%；施工期短，橡胶坝袋可在工厂制造，现场安装也较为简单，只需3～15 d即可安装完毕，止水效果好，不漏水；操作灵活，坝体可升可降，既可充坝挡水，又可坍坝过流，运行维护费用低。

3种溢流坝型方案相比，自溃坝是一种既能挡水又能“自溃”泄洪的土石坝，造价低廉，运用简便，对上游及区间不造成淹没损失，但坝体启溃时间不好控制，坝体不能重复使用。水力自控翻板闸坝运行灵活、稳定性好，但相对泄洪断面较小，可能对上游及区间造成淹没损失，造价相对较高。橡胶坝具有施工期短、结构简单、运行方便、工程造价低等优势，可以控制上游区间的淹没损失，较好的适应地基的不均匀沉陷，有利于排洪排沙，提高工程效益。

经比较分析，大坪水电站最终选用了充水式橡胶坝作为溢流坝。该坝在坝顶溢流时袋形比较稳定，振动小，过水均匀，对下游河床冲刷较小。控制系统简单可靠，在汛期或需坍顶时，打开控制阀门，放空袋内的水，将坝袋坍落到底板上，即可复原河道的行洪断面。另外，其施工简单、造价低廉、维修费用较少，坝体造型优美、线条流畅，坝前蓄水形成小型水库，为当地增添了一道美丽的风景线。该站自2008年底建成投产以来，橡胶坝运行良好，取得了较好的经济效益和社会效益。

3结语

橡胶坝与传统闸坝工程相比，具有结构简单、施工期短、造价低、维修少、管护方便等优点， 在低水头、大跨度的水利水电工程中，应用橡胶坝作为滚水坝或溢流堰，具有广泛的推广应用前景。

参考文献：

[1]范同斌，王淑丽，江臣.水库自溃坝及其应用初探[J].黑龙江水专学报，2001，28(2)：81_82.

[2]高俊龙.水力自控翻板闸门的应用[J].黑龙江水利科技，2011，39(4)：126.

[3]SL 227—98,橡胶坝技术规范[S].

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责任编辑吴昊

作者简介：王晓艳(1975-)，女，高级工程师，主要从事农村水电站管理工作。E_mail：sssdbwy@163.com

收稿日期：2016-01-05