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低水頭水電站規(guī)劃設(shè)計(jì)的思考
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摘要:低水頭水電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)相對(duì)比較復(fù)雜,本人根據(jù)幾年來(lái)的工作實(shí)踐對(duì)于其規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析總結(jié)。
關(guān)鍵詞:低水頭水電站,規(guī)劃設(shè)計(jì),總結(jié)。
1、序言
現(xiàn)在隨著各地水電開發(fā)的深入,各地都在充分開發(fā)利用大流域的水力資源建設(shè)低水頭電站,而低水頭電站由于其流域集雨面積大,一般位于流域的中下游河谷平原,工程涉及面較廣,同時(shí)設(shè)計(jì)水頭較低(一般水頭范圍為3-15m),所以其水力資源開發(fā)有其自身的特殊情況,規(guī)劃設(shè)計(jì)工作相對(duì)比高水頭電站復(fù)雜,如何開展合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作是個(gè)值得研究的問(wèn)題。本人根據(jù)這幾年的低水頭水電站工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)工程實(shí)踐,從流域水力資源規(guī)劃、水能開發(fā)方式、攔河壩壩型選擇、裝機(jī)規(guī)模論證、水輪發(fā)電機(jī)組選型這五個(gè)方面進(jìn)行分析總結(jié)后形成了本次技術(shù)論文。
2、低水頭電站規(guī)劃設(shè)計(jì)總結(jié)
2.1流域水力資源規(guī)劃
⑴梯級(jí)電站的布局
流域水力資源規(guī)劃主要應(yīng)該與本地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、國(guó)土利用規(guī)劃、城市建設(shè)規(guī)劃和流域綜合規(guī)劃相協(xié)調(diào),流域水力資源規(guī)劃主要涉及到梯級(jí)電站的布局,而梯級(jí)電站布局關(guān)鍵是各級(jí)電站壩址位置的選擇, 電站壩址位置的選擇具體來(lái)講,既要考慮到上下兩級(jí)電站水位銜接問(wèn)題,又要考慮到該壩址位置的選擇對(duì)于上游兩岸城鎮(zhèn)、農(nóng)村防洪影響及耕地的淹沒(méi),在以上因素兼顧的前提下,各級(jí)電站壩址的位置盡量往下游移動(dòng),以減少引水渠道或尾水疏浚的長(zhǎng)度,提高電站水頭利用的穩(wěn)定性,并節(jié)省工程投資。
⑵梯級(jí)電站水位的銜接
梯級(jí)電站里上游電站的尾水位與下游電站正常蓄水位的關(guān)系是流域水力資源規(guī)劃的核心問(wèn)題。而低水頭電站一般機(jī)組裝機(jī)臺(tái)數(shù)為2-6臺(tái),相應(yīng)的上游電站由于有正常尾水位、平均尾水位、加權(quán)平均尾水位、最低尾水位等幾種水位,而下游電站有以正常蓄水位、活動(dòng)壩起翻水位等。另外,根據(jù)實(shí)際工作情況來(lái)看,有的地方考慮上游正常尾水位與下游正常蓄水位銜接的方案,有的地方考慮上游平均尾水位與下游正常蓄水位銜接的方案,有的地方考慮上游加權(quán)平均尾水位與下游正常蓄水位銜接的方案,有的地方考慮上游最低尾水位與下游正常蓄水位銜接的方案,所以上游兩級(jí)電站水位如何銜接是個(gè)應(yīng)該仔細(xì)分析的技術(shù)問(wèn)題。
根據(jù)多年大流域低水頭電站規(guī)劃設(shè)計(jì)工作實(shí)踐來(lái)看,本人認(rèn)為采用上游加權(quán)平均尾水位(2/3正常發(fā)電流量時(shí)尾水位)與下游正常蓄水位銜接方案作為梯級(jí)電站水位分配原則為妥。這樣既有利于上級(jí)電站水力資源的充分利用,又有利于減少上下級(jí)區(qū)間兩岸的淹沒(méi)政策處理工作難度。水力水位銜接通過(guò)天然河道水面回水曲線程序進(jìn)行水位推算,推算前應(yīng)對(duì)沿程河床斷面進(jìn)行測(cè)量,斷面間隔根據(jù)河床坡降情況一般取在200-1000m之間,在利用天然河道水面回水曲線程序時(shí)最好利用現(xiàn)狀實(shí)測(cè)的水面線進(jìn)行相關(guān)主要參數(shù)的擬合后再進(jìn)行水位推算,同時(shí)根據(jù)所計(jì)算的成果,最好留有0.1-0.2m左右余度,以保證上下游兩級(jí)電站的正常運(yùn)行。
2.2、電站水能開發(fā)方式
對(duì)于低水頭電站而言,由于一般處于流域中下游的平原地帶,其水能利用主要有常規(guī)的引水式、河床式以及結(jié)合下游河道疏浚的特殊河床式三種開發(fā)方案,各個(gè)電站的水能開發(fā)采用何種開發(fā)方式既要考慮到工程層因素,又要考慮蓄水淹沒(méi)等政策處理因素,而政策處理等社會(huì)因素現(xiàn)在已越來(lái)越成為水能開發(fā)方式的決定式因素,總之最后水能開發(fā)方式的選用是一個(gè)綜合權(quán)衡工程技術(shù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)后的結(jié)果。
根據(jù)這幾年來(lái)的工程實(shí)踐來(lái)看,常規(guī)引水式水能開發(fā)方案一般適用于局部走向呈“U”型的河流或原歷史已建引水渠道的老電站改造,此時(shí)可考慮在“U”型兩頂端通過(guò)布置較短的引水渠道集中落差進(jìn)行水力資源利用,相應(yīng)的工程投資及政策處理工作也比較簡(jiǎn)單;而常規(guī)的河床式水能開發(fā)方案一般適用于壩址上游水能較為集中而下游河段較為平緩的河流;而大部分較為順直的山區(qū)性河流上新建電站的水能開發(fā)則比較適用于采用結(jié)合下游河道疏浚的特殊河床式水能開發(fā)方式。
因?yàn)橐话爿^為順直的山區(qū)性河流上采用引水式方案的話,則引水渠道及前池等工程投資較大;并且引水渠道等今后每年都存在維護(hù)、管理問(wèn)題,相應(yīng)地存在廠、壩區(qū)之間的斷流問(wèn)題,存在對(duì)區(qū)間的生態(tài)環(huán)境影響問(wèn)題;另外引水式開發(fā)占用土地及河床灘地面積均較大,相應(yīng)的河道占用費(fèi)及土地占用補(bǔ)償費(fèi)用較大,相應(yīng)政策處理工作困難。但是采用普通的河床式開發(fā)方案,水頭落差一般比引水式方案低很多,雖然工程投資較省,但工程整體效益一般。而采用結(jié)合河道疏竣的河床式開發(fā)方案,其與引水式方案相比,不僅可以取得相同的水頭落差,電站的綜合效益相差不大,而且工程可比性投資卻節(jié)省較多,整個(gè)工程的政策處理工作變得簡(jiǎn)單,所以一般考慮推薦采用結(jié)合下游河道疏竣的河床式開發(fā)方案這樣既可以達(dá)到增加電站水頭的目的,又節(jié)省了引水渠道、前池等工程投資,又減少了占用土地及河灘地的面積,相應(yīng)地減少河道水域占用補(bǔ)償費(fèi)用,相應(yīng)電站政策處理工作變得簡(jiǎn)單。當(dāng)然采用結(jié)合河道疏竣的河床式開發(fā)方案,也要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際,要考慮河流的自然沖淤規(guī)律。
2.3、攔河壩壩型選擇
在一般平原建設(shè)低水頭電站,為了洪水期不淹沒(méi)上游兩岸民房、沿岸公路以及不遷移人口,以減少上游淹沒(méi)損失,而平時(shí)又能適當(dāng)抬高水位增加發(fā)電效益,因此一般低水頭電站攔河壩均采用活動(dòng)壩形式,而現(xiàn)在主要活動(dòng)壩有橡膠壩和水力自控翻板壩兩種。
根據(jù)這幾年的實(shí)際工程實(shí)踐總結(jié)來(lái)看,橡膠壩優(yōu)點(diǎn):跨度大,過(guò)水能力較大,可坍壩,相對(duì)洪水影響小,對(duì)下游的沖刷力較小,壩袋也比較美觀,漏水量相對(duì)較少,并且水位可控制運(yùn)行。橡膠壩缺點(diǎn):抗沖擊能力和抗磨損能力較差,相對(duì)耐久性較差,易老化、易破壞、需要專門的充水設(shè)備與值班操作管理人員,運(yùn)行管理相對(duì)要求較高,結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,且運(yùn)行管理費(fèi)用較高、投資也相對(duì)較大(造價(jià)相對(duì)于翻板壩高出15~40%)。而水力自控翻板壩的優(yōu)缺點(diǎn)剛好與橡膠壩相反,翻板壩優(yōu)點(diǎn):無(wú)人操作,自動(dòng)運(yùn)行、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工方便、運(yùn)行管理成本較低,壽命較長(zhǎng),運(yùn)行費(fèi)用低,并且近年來(lái)已發(fā)展出液壓控制翻板門,大大豐富了翻板壩的應(yīng)用范圍。翻板壩缺點(diǎn):洪水影響略大,漏水量相對(duì)較大,密封性相對(duì)較差,美觀性方面略差于橡膠壩。
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