低水頭水電站規(guī)劃設(shè)計的思考

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摘要：低水頭水電站的規(guī)劃設(shè)計相對比較復(fù)雜，本人根據(jù)幾年來的工作實踐對于其規(guī)劃設(shè)計進行了分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：低水頭水電站，規(guī)劃設(shè)計，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，同時設(shè)計水頭較低（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)計工作相對比高水頭電站復(fù)雜，如何開展合理的規(guī)劃設(shè)計工作是個值得研究的問題。本人根據(jù)這幾年的低水頭水電站工程的規(guī)劃設(shè)計工程實踐，從流域水力資源規(guī)劃、水能開發(fā)方式、攔河壩壩型選擇、裝機規(guī)模論證、水輪發(fā)電機組選型這五個方面進行分析總結(jié)后形成了本次技術(shù)論文。

2、低水頭電站規(guī)劃設(shè)計總結(jié)

2.1流域水力資源規(guī)劃

⑴梯級電站的布局

流域水力資源規(guī)劃主要應(yīng)該與本地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、國土利用規(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)劃主要涉及到梯級電站的布局，而梯級電站布局關(guān)鍵是各級電站壩址位置的選擇， 電站壩址位置的選擇具體來講，既要考慮到上下兩級電站水位銜接問題，又要考慮到該壩址位置的選擇對于上游兩岸城鎮(zhèn)、農(nóng)村防洪影響及耕地的淹沒，在以上因素兼顧的前提下，各級電站壩址的位置盡量往下游移動，以減少引水渠道或尾水疏浚的長度，提高電站水頭利用的穩(wěn)定性，并節(jié)省工程投資。

⑵梯級電站水位的銜接

梯級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)劃的核心問題。而低水頭電站一般機組裝機臺數(shù)為2-6臺，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、活動壩起翻水位等。另外，根據(jù)實際工作情況來看，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，所以上游兩級電站水位如何銜接是個應(yīng)該仔細分析的技術(shù)問題。

根據(jù)多年大流域低水頭電站規(guī)劃設(shè)計工作實踐來看，本人認為采用上游加權(quán)平均尾水位（2/3正常發(fā)電流量時尾水位）與下游正常蓄水位銜接方案作為梯級電站水位分配原則為妥。這樣既有利于上級電站水力資源的充分利用，又有利于減少上下級區(qū)間兩岸的淹沒政策處理工作難度。水力水位銜接通過天然河道水面回水曲線程序進行水位推算，推算前應(yīng)對沿程河床斷面進行測量，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最好利用現(xiàn)狀實測的水面線進行相關(guān)主要參數(shù)的擬合后再進行水位推算，同時根據(jù)所計算的成果，最好留有0.1-0.2m左右余度，以保證上下游兩級電站的正常運行。

2.2、電站水能開發(fā)方式

對于低水頭電站而言，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，又要考慮蓄水淹沒等政策處理因素，而政策處理等社會因素現(xiàn)在已越來越成為水能開發(fā)方式的決定式因素，總之最后水能開發(fā)方式的選用是一個綜合權(quán)衡工程技術(shù)和經(jīng)濟社會后的結(jié)果。

根據(jù)這幾年來的工程實踐來看，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，此時可考慮在“U”型兩頂端通過布置較短的引水渠道集中落差進行水力資源利用，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。

因為一般較為順直的山區(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、管理問題,相應(yīng)地存在廠、壩區(qū)之間的斷流問題，存在對區(qū)間的生態(tài)環(huán)境影響問題；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)的河道占用費及土地占用補償費用較大，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，整個工程的政策處理工作變得簡單，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償費用，相應(yīng)電站政策處理工作變得簡單。當然采用結(jié)合河道疏竣的河床式開發(fā)方案，也要結(jié)合當?shù)貙嶋H，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，為了洪水期不淹沒上游兩岸民房、沿岸公路以及不遷移人口，以減少上游淹沒損失，而平時又能適當抬高水位增加發(fā)電效益，因此一般低水頭電站攔河壩均采用活動壩形式，而現(xiàn)在主要活動壩有橡膠壩和水力自控翻板壩兩種。

根據(jù)這幾年的實際工程實踐總結(jié)來看，橡膠壩優(yōu)點：跨度大，過水能力較大，可坍壩，相對洪水影響小，對下游的沖刷力較小，壩袋也比較美觀，漏水量相對較少，并且水位可控制運行。橡膠壩缺點：抗沖擊能力和抗磨損能力較差，相對耐久性較差，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，運行管理相對要求較高，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，且運行管理費用較高、投資也相對較大（造價相對于翻板壩高出15～40％）。而水力自控翻板壩的優(yōu)缺點剛好與橡膠壩相反，翻板壩優(yōu)點：無人操作，自動運行、結(jié)構(gòu)簡單，施工方便、運行管理成本較低，壽命較長，運行費用低，并且近年來已發(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：洪水影響略大，漏水量相對較大，密封性相對較差，美觀性方面略差于橡膠壩。