罗家营水电站挡水建筑物设计分析

张力中

（陕西江汉水电勘测设计有限公司，陕西 西安 710016）

水电站是利用水能资源发电的场所，是水、机、电的综合体，其中为了实现水力发电，用来控制水流的建筑物称为水电站挡水建筑物。水电站挡水建筑物由引水系统和厂区枢纽两大部分组成。水电站的类型不同，建筑物的组成亦有所不同；厂区枢纽包括厂房建筑物和变电站。本文对罗家营水电站挡水建筑物进行设计分析。

1 工程概况

罗家营水电站位于罗家营村河道弯道上游300 m处，海拔1998 m，年平均气温13℃，年降水量934 mm。工程永久占地14.08亩，裸地坝址控制流域面积1895 km2，采用坝后式电站型式，厂址选在河道左岸，电站总装机3600 kW，正常蓄水位为498.00 m，年均发电量1509.60万kW·h，年利用小时数3145 h。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）本工程总库容和装机容量确定本工程为Ⅳ等小 (1)型，翻板坝、进水口和电站厂房按4级建筑物设计，消能防冲和导流围堰等临时性建筑物按5级建筑物设计。根据《防洪标准》(GB 50201-94)平原滨海区设计标准，确定首部枢纽工程的设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇。水电站厂房的设计标准为30年一遇，校核标准为50年一遇。

2 工程设计

2.1 工程选址

罗家营下游为庙沟电站，正常蓄水位488.17 m，回水末端位于罗家营村上游河道转弯处附近；罗家营电站上游为黄家湾电站，为混合式电站，黄家湾电站厂房距离罗家营村约3.0 km，正常尾水位498.04 m。黄家湾电站厂房至罗家营村之间河段基本顺直，无天然垭口、转弯等地形。据实测，该段河道平均比降4‰，可利用总水头9.15 m。基于以上情况，罗家营电站坝址只能在3.0 km区段内选择，为最大限度利用水头发电，最佳坝址在下游流段选取。

由于可利用水头很小，坝址选择区段较短，没有坝址选择空间，本阶段根据流段河道地形条件，共选择三条坝线进行比较。上坝线位于罗家营村上游850 m处，中坝线位于罗家营村弯道上游300 m处，下坝线位于罗家营村河道转弯处，三条坝线均采用坝后式电站型式。

中坝线位于罗家营村西北约300 m的旬河峡谷段，河谷呈“U”字型发育，坝线区属秦岭南麓中低山区，旬河在坝线区流向SE148°，左岸边坡下部为人工砌筑的堤防，有公路通过，上部基岩裸露，无崩塌现象，自然边坡整体稳定，右岸较平缓，斜坡被第四系坡残积物覆盖，河道宽约109 m。右岸一级阶地较发育，阶面宽度16.0 m～30.0 m。覆盖层厚度3.9 m～7.3 m。可利用最大水头9 m，工程效益最好，因此，选择中坝线为坝址。

2.2 径流

旬河内共设立了2处国家基本水文站，即柴坪水文站和向家坪水文站，柴坪水文站与罗家营水电站同属旬河流域，罗家营坝址控制流域面积1895 km2，柴坪水文站控制流域面积2370 km2，区间无较大支流汇入。柴坪水文站与向家坪水文站之间有乾佑河汇入，控制流域相差较大。采用柴坪水文站作为本次水文分析的参证站。

根据柴坪水文站56年径流量系列，按连续系列进行频率计算，用矩法估算统计参数初试值，采用P━Ⅲ型曲线，按经验适线法进行适线，确定最终参数，不同频率年径流计算成果见表1。

表1 柴坪水文站不同频率年径流量计算成果表

罗家营水电站坝址控制流域面积1895 km2，柴坪水文站控制流域面积2370 km2，用水文比拟法推求设计流域年径流量。经计算，罗家营水电站坝址处多年平均流量为23.4 m3/s，由水文比拟法计算设计断面各频率年径流量成果见表2。

表2 水文比拟法计算罗家营水电站不同频率年径流成果表

典型代表年是根据年径流频率计算，结合枯季径流频率计算，按照对发电不利的原则进行选取，丰、平、枯三个频率的典型代表年见表3。

表3 柴坪水文站典型代表年选择成果表

罗家营坝址上游规划有黄家湾水电站，黄家湾水库建成后对其坝址上游径流进行重新调蓄分配。黄家湾电站为具有年调节性能的水库，本次罗家营坝址的日平均流量计算采用黄家湾坝址下泄流量加黄家湾坝址—罗家营坝址区间流量。

根据选择的柴坪水文站典型代表年实测日平均流量系列资料，用同倍比法进行缩放，即用设计年径流量与代表年的年径流量的比值K乘以代表年逐日平均流量，用水文比拟法转化得到黄家湾坝址—罗家营坝址区间典型代表年的日平均流量系列。

2.3 洪水

根据湖南省水利水电勘测设计研究总院提供的黄家湾防洪调度补充资料，黄家湾水电站5年一遇洪水控泄流量840 m3/s，20年一遇洪水控泄流量1265 m3/s。

本次罗家营水电站设计洪水计算采用罗家营天然流量减去黄家湾水库削峰流量Q罗坝=Q罗天然-Q黄削峰。

根据柴坪水文站42年最大流量实测系列，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）推荐的方法，按不连续系列进行频率分析，用矩法计算参数初估值，采用P━Ⅲ型曲线按经验适线法进行适线。不同频率设计洪峰流量成果见表4。

表4 柴坪水文站不同频率设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

坝址天然洪水采用水文比拟法推算不同频率设计洪峰流量，坝址设计洪峰流量采用罗家营天然流量减去黄家湾水库削峰流量Q罗坝=Q罗天然-Q黄削峰，成果见表5。

表5 罗家营坝址设计洪峰流量计算表 单位：m3/s

2.4 泥沙

根据收集到的柴坪水文站的悬移质泥沙资料[1]计算，柴坪水文站多年平均悬移质输沙量为90.4万t，多年平均含沙量为1.27 kg/m3。

以柴坪水文站为参证站，用流域面积比推算得罗家营水电站坝址悬移质多年平均输沙量72.3万t，推悬比按0.2计算，多年平均推移质输沙量为14.4万t，总输沙量86.7万t。

2.5 水坝设计

工程所在地两岸岸坡稳定，河床覆盖层较浅，厚度在3.9 m～6.1 m之间，水闸基础置于基岩。同时旬河为少沙河流，水质较清澈，加之上游黄家湾电站具有库容调节功能，可有效拦挡河流泥沙，下泄河水含沙量很小，符合翻板闸的使用要求。故确定坝型为翻板闸。坝轴线长204.70 m，从右至左依次布置右岸旋喷灌浆、右非溢流坝、翻板闸、冲沙闸、进水闸和左岸非溢流坝。

2.5.1 翻板坝段

翻板坝段布置于主河床，共设10孔闸门，其中5 m×10 m（宽×高）翻板闸，底板高程493.00 m。枢纽正常挡水位498.00 m，20年一遇设计洪水位498.00 m，50年校核水位500.62 m。闸底板以每扇闸门宽度进行分缝，闸室长度为14.00 m。坝下游采用戽斗消能，戽斗半径8.0 m，挑角40°，戽斗底高程486.00 m。

2.5.2 非溢流坝段

非溢流坝段由左右岸重力坝段组成。重力坝采用上游面铅直的梯形断面，为浆砌石重力坝，坝段总长75 m，坝顶高程502.00 m，坝顶宽3.0 m，下游面坡比均为1∶0.7。坝体主要由M7.5浆砌石砌筑，坝段每30 m设一道伸缩缝。

2.5.3 冲沙闸段

冲沙闸布置于进水口左侧，布设一孔，孔口尺寸为5 m×7.5 m（宽×高），底板高程为490.50 m，闸室长度为14.00 m。坝下游采用戽斗消能[2]，戽斗半径8.0 m，挑角40°，戽斗底高程485.00 m。

2.5.4 进水口

进水口布置于大坝右岸非溢流坝段，通过连接段与机组连接，单机单孔进水，总引水流量为63.4 m3/s。进水口顶部采用椭圆段，前设置拦污栅，拦污栅孔口尺寸为6.5 m×6.6 m(宽×高)，后设置事故闸门（快速闸门），闸门孔口尺寸4.5 m×2.8 m(宽×高)。检修平台高程为502.00 m，启闭机工作平台高程为508.60 m，采用卷扬机启闭。进水闸室采用C25钢筋砼浇筑。

3 结语

在水电站建筑物设计工作中，应对工程区实际概况进行考察，充分了解当地水文、地质及气候条件，通过合理计算确定水电站防洪设计标准及库容、建筑物形式等，更加精确地完成水电站设计任务。罗家营水电站挡水建筑物设计充分考虑当地水文因素，如径流、洪水、泥沙等，对工程进行选址和设计，最大发挥出了罗家营水电站的社会经济效益。