（浙江浙能水电管理有限公司 浙江临安 311322）
摘要：我国的水能技术可开发量为5.42亿kW，排在世界第一位，因为水能的可再生、开发成本低等优点，我国对水电站的建设步伐逐渐加快，水能的合理利用已经取得了一定进展。但是，如何结合水电站、水库的具体情况，将之利用率得以实现最大化，仍然有一定的进步空间。本文根据此背景，举出了几点提升水能利用率的工程方法，以期为水能利用率的提升作出一定指引。
关键词：水电站；水能；利用率
我国是水资源大国，水能具有可再生、可循环利用、成本低、无污染等优点，而这些优点正可以解决其他资源的不足，水能资源的开发将是发展的大趋势。我国正是因为对水资源有得天独厚的优势，目前水电的总装机已突破2亿kW，并且我国对水电站的投入、建设速度也正在加快。然而这其中面临的问题是，很多水电站、水库的设计、建设存在诸多弊端，考虑不全面，导致水能利用率不能满足需求。本文根据我国水能利用率不足的条件，分析提升水能利用率的工程方法。提升水能利用率的途径主要包括两个，即增大工作水头和减少汛期弃水。一般而言，减少汛期弃水更适用于大型水电站或大型水库，所以本文的分析重点落在增大工作水头上，主要包括对于坝址或厂址的选择、减少水头损失、提前抬升水位、无压型尾水隧洞、人工尾水渠等方法，这几个分析内容都是以增大工作水头为目标，以增大水头的方式提高水能利用率，增加发电量。
1、坝址或厂址选择
水电站的坝址或厂址的选择对水能利用有很大的作用，坝址的选择对于增大工作水头而言也有不可忽视的作用。一般而言，选取坝址设计三个步骤，第一是选择在河流下游水库正常蓄水位的末端，第二是进行正常蓄水位专题研究，其中涉及的是需要结合工程和库区社会因素等条件综合分析。第三是装机规模的确定，涉及的是正常蓄水位和下游涉及尾水位等因素。坝址或厂址的选择需要重点考虑的是坝址所在地的区位因素，其中包括当地地形、施工条件、电站的市场、交通等，除此之外还包括尾水位和正常蓄水位的衔接。但真正对增大水头起决定作用的是下游水库的变化情况。正常而言，每年的水位情况主要包括正常蓄水位、汛限水位、汛期洪水位、发电死水位等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于位于较大水库尾部的水电站，地形、交通等因素是基础，该地形、交通、地质等基础条件满足规定的条件下，能够充分利用水能的做法是选择下游水库多年的平均水位作为上游水电站的正常尾水位。
2、减少水电站引水建筑物水头损失的工程方法
沿程水头损失和局部水头损失是水电站引水建筑物水头损失的重要组成部分，一般而言，引水建筑物的水头损失现象只能通过工程方法缓解，即只能尽可能减少损失，而无法达到完全没有损失的程度。其中，减少沿程水头损失的工程方法主要有三个，其一是经济流速的选用上要做到经济、合理，其二是出于对糙率的考虑，即在引水建筑物施工过程中，最好采用高精度的模板。第三，为了增大水力半径，对于引水建筑物的横断面体型的选择上，最好是选择圆型或马蹄型。而在局部水头损失部分，其损失依然是不能完全避免，只能选用合适的方法进行缓解。举个例子，水电站进水口大多设置有拦污栅，其损失原因也主要是汛期河流会有大量的杂物漂浮，导致堵塞，从而减少工作水头。对于此的解决办法多样，例如我所在的华光潭梯级水电站，都在其进水口处设置了拦污漂，即采用了浮式拦污漂装置。浮式拦污漂装置，顾名思义，即是漂浮于水面的拦阻杂物的工具，主要是水下有悬挂式网，用以拦阻杂物。该装置的特点就是具有很大的灵活性，可移动可清理，方便管理。
3、大型水库从汛限水位向正常蓄水位提前抬升的技术条件
我国在主要的江河上都设置有防洪功能，尤其是在拥有大型水库的江河上。一般而言，因为汛期时河流会有大量的杂物、沉积物、淤泥等，所以在汛期多半会选择保持较低的水位，主要原因就是对于洪峰和淤泥等的考虑。一般而言，大型水库都会在汛期结束前寻找时机提前抬升水位，其目的是早蓄水，以便在汛期结束后仍然有充足的发电水资源。当然，根据各个地方降雨量、汛期的不同，提前多少时间也是不同，如三峡水库属于长江流域，位于长江中游，一般是在汛期结束前一个月抬升水位，以保证发电水量。而二滩水库相比于三峡水库，时间会更早一些，一般在汛期结束前半个月抬升水位。抬升水位需要考虑到诸多因素，除了上文例举的抬升水位的时间外，还应该考虑到以下问题。第一，水位抬升应该考虑到洪水等不确定因素，避免水库下泄流量不会危及下游居民或相关设施。第二，因为汛期会导致或大或小的洪水，所以需要考虑到泥沙在水库囤积的情况。第三，因为各地天气情况不同，很多地方天气情况多变，一旦采取了抬升水位的措施之后，上游一旦突然发生洪水，其影响极大，所以必须要保证上游水量预报机制的健全、可靠。
4、无压型长尾水隧洞，降低下游尾水位
降低水电站下游尾水位的工程方法，在工程地质、下游水位等条件允许的前提下，无压型长尾水隧洞是降低下游尾水位的主要方法。与之相对应的是有压型尾水隧洞，以瀑布沟水电站为例，瀑布沟水电站位于大渡河，是我国比较重要的水电站之一。该水电站的设计洪水位和正常尾水位的差距不大，并且因为大渡河流域拥有良好的地质条件，如果采用无压型尾水隧洞，和有压型尾水隧洞作相关比较，就可以将尾水调压室取消。尾水调压室是为了保护机组不受水压损害和限制尾水洞内水压而产生的，调压室的设计、施工都很多的注意事项，需要考虑到很多的关键点。而采用无压型尾水隧洞，将尾水调压室取消，可以说是在一定程度上降低了机组损害的风险，也减少了一定的工作量，且能够起到降低下游尾水位的作用，除此之外，无压型尾水隧洞可以实现更多、更好的利用水头，从而实现电能的增加。
5、人工长尾水渠增大发电水头
对于部分河床开阔的地段，可以采用一定的技术手段，利用人工来增大发电水头，从而提升水能利用率。这是目前比较常用的方法，随着技术的进步，人们的行为也越来越依赖于高新技术，并且利用技术进行增大发电水头的方法有一定的可取性，可以减少人力的投入，也可以从技术上减少水库相应的安全隐患。这方面最重要的例子是在大渡河修水电站的案例，大渡河的水域环境并不算好，所以在河流规划上并没有水电站，而到了2005年，通过一定的技术手段，在大渡河布置了两座电站，这就是利用技术手段的成功经验。其具体可借鉴经验总结为三点。第一，该河段地形开阔，这也是技术手段运用的合理条件，故而将下游的河床用格流堤分开，即是汛期行洪区和人工尾水渠两个部分，人工尾水渠根据其作用，也可看成是发电泄流区。第二，在水电站尾水渠下游一定范围内，根据河道开阔的特点，人工开挖河床，使得水位得以降低，从而就通过技术手段实现了发电水头的产生。第三，进入后续阶段，即是相应的防护措施，通过一定措施减少泥沙进入尾水渠。对于此，依然可以借鉴浮式拦漂装置。
6、总结
提高水能利用率的工程方法都是以增大发电水头、减少汛期弃水流量为目标，其中，减少汛期弃水流量主要是大型水电站管理的内容，本文重点分析的是增大发电水头的具体工程方法，本文例举了坝址选择、减少引水建筑物水头损失、汛限水位向正常蓄水位提前抬升、无压型长尾水隧洞、人工长尾水渠等方法。提高水能利用率具有灵活多变的特点，不同的水电站有不同的区位环境，故而就有不同的提升水能利用率的方法，需要工程设计时能够结合水电站所在位置进行合理分析。
参考文献
[1] 杨英.提高水能利用率的工程方法探讨[J].四川水力发电，2011(30).
[2] 贾东旭.水电站水库提高水能利用率的方法研究[D].大连理工大学，2001.
论文作者:吕飞翔
论文发表刊物:《电力设备》2016年第10期
论文发表时间:2016/7/25
标签：水头论文; 水位论文; 水电站论文; 水能论文; 汛期论文; 利用率论文; 水库论文; 《电力设备》2016年第10期论文;