茂名市电白区水利水电勘测设计室 广东茂名 525400
摘要：水电站挡水在水电站工程中占据重要位置，且挡水建筑物的设计考虑到的因素较多，例如所在流域的泥沙、径流、洪水量等都是影响挡水建筑物设计结果的因素，通过对该水电站的径流、洪水、泥沙等进行分析，对该水电站的挡水建筑物进行设计，供相关人员参考。
关键词：水电站；挡水建筑物；设计
1 水电站挡水建筑物的重要性
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。挡水建筑承担的责任重大，影响整个水利工程的结构设计，对于混凝土浇筑、浆砌石砌筑的挡水建筑物，水压力、浪压力、扬压力等可能影响整体稳定；对于土石堆筑的当水建筑物，渗流可能影响上下游边坡的稳定，并可能使建筑物本身或地基产生危害性的管涌与流土；兼有泄水作用的闸、坝，其下泄水流对河床、岸坡乃至建筑物本身可能产生有害的、甚至破坏性的冲刷和磨损，高速水流还可能引起建筑物和闸门的空蚀和振动[1]。水电站挡水建筑物对水电站来说非常的重要，不仅影响水利工程的稳定性，还对水利工程的经济效益有所影响，在提升水利工程建筑物的稳定性的同时，保证水利工程的作用有效发挥，保证水两岸和上下游居民的生活安全，辅助自然生态平衡，保护生态环境。
2 工程设计
2.1 选址条件
本文以鉴江某分流上的水电站为例，该水电站的正常蓄水位 488.17 m，回水末端位于上游河道转弯处附近；该水电站的上游为混合式电站，上游水电站厂房距离该水电站的距离约 3.0 km，正常尾水位 498.04 m。上游水水库厂房至该水电站之间河段基本顺直，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，该谁水电站坝址只能在 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。上坝线位于该水电站预选地址上游 850 m 处，中坝线位于水电站弯道上游 300 m 处，下坝线位于河道转弯处，三条坝线均采用坝后式电站型式。
中坝线位于峡谷段，河谷呈“U”字型发育，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]。
2.2 径流
该水电站所在的鉴江分流内共设立了 2 处水库，其中一处水库的坝址与该水电站坝址在同一河流上，该水电站的坝址控制流域面积 1895 km2，同河流的水库控制的流域面积为2370 km2，区间无较大支流汇入。已修建的水库控制的流域有其他河流汇入，导致该地区的水库控制流域面积差异较大，以其中一处水水库的 56 年径流量系列作为参考对象，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[3]，不同频率年径流计算成果见表1所示。
2.3 洪水
根据该水电站所在省份水利水电勘测设计研究总院提供的该水电站上游水电站的防洪调度补充资料，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。根据该水电站附近水库 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[4]，实测最高洪水流量为24.83m，洪峰流量达到2060m3/s，据洪水痕迹查测，该河段历史最高洪水位为25.16m，发生于民国15年5月26日，推算洪峰流量达2800m3/s；自设站观测以来，该河段最枯流量为0.275m3/s.
2.4 泥沙
根据收集到该水电站附近水库的悬移质泥沙资料计算，水库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。
以水库为参证站，用流域面积比推算得该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，加之上游的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。
（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[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，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。
（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×7.5m（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，戽斗半径 8.0 m，挑角 40°，戽斗底高程 485.00 m。
（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 总结
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。充分了解到该水电站的地质条件、径流、洪水、泥沙等内容，以同河流的水库以及监测站收集到的数据为基础，设计该水电站的挡水建筑物的设计，保证水电站有效发挥输电站的作用，保护两岸居民的生活。
参考文献：
[1]余伟杰.天台县龙溪水电站增效扩容改造的研究[J].水利建设与管理，2018（5）.
[2]黄国敏.小型水电站增效扩容改造技术分析[J].低碳世界，2018.
[3]孟亮亮.小水电增效扩容自动化改造常见问题研究[J].通讯世界，2018，334（03）：159-160.
[4]温秀媛，谷文强.深浅坞挡水构筑物及止水系统设计[J].港工技术，2014，（6）：42-46.
[5]杨建勇.水利工程中挡土墙的设计应用[J].建筑工程技术与设计，2018，（10）：2798.
论文作者:温其琳
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/25
标签：水电站论文; 建筑物论文; 坝址论文; 戽斗论文; 水库论文; 高程论文; 溢流坝论文; 《建筑细部》2019年第9期论文;