張力中

（陜西江漢水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，陜西 西安 710016）

水電站是利用水能資源發(fā)電的場(chǎng)所，是水、機(jī)、電的綜合體，其中為了實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電，用來控制水流的建筑物稱為水電站擋水建筑物。水電站擋水建筑物由引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐兩大部分組成。水電站的類型不同，建筑物的組成亦有所不同；廠區(qū)樞紐包括廠房建筑物和變電站。本文對(duì)羅家營(yíng)水電站擋水建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

1 工程概況

羅家營(yíng)水電站位于羅家營(yíng)村河道彎道上游300 m處，海拔1998 m，年平均氣溫13℃，年降水量934 mm。工程永久占地14.08畝，裸地壩址控制流域面積1895 km2，采用壩后式電站型式，廠址選在河道左岸，電站總裝機(jī)3600 kW，正常蓄水位為498.00 m，年均發(fā)電量1509.60萬kW·h，年利用小時(shí)數(shù)3145 h。

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2000）本工程總庫(kù)容和裝機(jī)容量確定本工程為Ⅳ等小 (1)型，翻板壩、進(jìn)水口和電站廠房按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，消能防沖和導(dǎo)流圍堰等臨時(shí)性建筑物按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-94)平原濱海區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定首部樞紐工程的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。水電站廠房的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 工程選址

羅家營(yíng)下游為廟溝電站，正常蓄水位488.17 m，回水末端位于羅家營(yíng)村上游河道轉(zhuǎn)彎處附近；羅家營(yíng)電站上游為黃家灣電站，為混合式電站，黃家灣電站廠房距離羅家營(yíng)村約3.0 km，正常尾水位498.04 m。黃家灣電站廠房至羅家營(yíng)村之間河段基本順直，無天然埡口、轉(zhuǎn)彎等地形。據(jù)實(shí)測(cè)，該段河道平均比降4‰，可利用總水頭9.15 m?；谝陨锨闆r，羅家營(yíng)電站壩址只能在3.0 km區(qū)段內(nèi)選擇，為最大限度利用水頭發(fā)電，最佳壩址在下游流段選取。

由于可利用水頭很小，壩址選擇區(qū)段較短，沒有壩址選擇空間，本階段根據(jù)流段河道地形條件，共選擇三條壩線進(jìn)行比較。上壩線位于羅家營(yíng)村上游850 m處，中壩線位于羅家營(yíng)村彎道上游300 m處，下壩線位于羅家營(yíng)村河道轉(zhuǎn)彎處，三條壩線均采用壩后式電站型式。

中壩線位于羅家營(yíng)村西北約300 m的旬河峽谷段，河谷呈“U”字型發(fā)育，壩線區(qū)屬秦嶺南麓中低山區(qū)，旬河在壩線區(qū)流向SE148°，左岸邊坡下部為人工砌筑的堤防，有公路通過，上部基巖裸露，無崩塌現(xiàn)象，自然邊坡整體穩(wěn)定，右岸較平緩，斜坡被第四系坡殘積物覆蓋，河道寬約109 m。右岸一級(jí)階地較發(fā)育，階面寬度16.0 m～30.0 m。覆蓋層厚度3.9 m～7.3 m?？衫米畲笏^9 m，工程效益最好，因此，選擇中壩線為壩址。

2.2 徑流

旬河內(nèi)共設(shè)立了2處國(guó)家基本水文站，即柴坪水文站和向家坪水文站，柴坪水文站與羅家營(yíng)水電站同屬旬河流域，羅家營(yíng)壩址控制流域面積1895 km2，柴坪水文站控制流域面積2370 km2，區(qū)間無較大支流匯入。柴坪水文站與向家坪水文站之間有乾佑河匯入，控制流域相差較大。采用柴坪水文站作為本次水文分析的參證站。

根據(jù)柴坪水文站56年徑流量系列，按連續(xù)系列進(jìn)行頻率計(jì)算，用矩法估算統(tǒng)計(jì)參數(shù)初試值，采用P━Ⅲ型曲線，按經(jīng)驗(yàn)適線法進(jìn)行適線，確定最終參數(shù)，不同頻率年徑流計(jì)算成果見表1。

表1 柴坪水文站不同頻率年徑流量計(jì)算成果表

羅家營(yíng)水電站壩址控制流域面積1895 km2，柴坪水文站控制流域面積2370 km2，用水文比擬法推求設(shè)計(jì)流域年徑流量。經(jīng)計(jì)算，羅家營(yíng)水電站壩址處多年平均流量為23.4 m3/s，由水文比擬法計(jì)算設(shè)計(jì)斷面各頻率年徑流量成果見表2。

表2 水文比擬法計(jì)算羅家營(yíng)水電站不同頻率年徑流成果表

典型代表年是根據(jù)年徑流頻率計(jì)算，結(jié)合枯季徑流頻率計(jì)算，按照對(duì)發(fā)電不利的原則進(jìn)行選取，豐、平、枯三個(gè)頻率的典型代表年見表3。

表3 柴坪水文站典型代表年選擇成果表

羅家營(yíng)壩址上游規(guī)劃有黃家灣水電站，黃家灣水庫(kù)建成后對(duì)其壩址上游徑流進(jìn)行重新調(diào)蓄分配。黃家灣電站為具有年調(diào)節(jié)性能的水庫(kù)，本次羅家營(yíng)壩址的日平均流量計(jì)算采用黃家灣壩址下泄流量加黃家灣壩址—羅家營(yíng)壩址區(qū)間流量。

根據(jù)選擇的柴坪水文站典型代表年實(shí)測(cè)日平均流量系列資料，用同倍比法進(jìn)行縮放，即用設(shè)計(jì)年徑流量與代表年的年徑流量的比值K乘以代表年逐日平均流量，用水文比擬法轉(zhuǎn)化得到黃家灣壩址—羅家營(yíng)壩址區(qū)間典型代表年的日平均流量系列。

2.3 洪水

根據(jù)湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院提供的黃家灣防洪調(diào)度補(bǔ)充資料，黃家灣水電站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。

本次羅家營(yíng)水電站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算采用羅家營(yíng)天然流量減去黃家灣水庫(kù)削峰流量Q羅壩=Q羅天然-Q黃削峰。

根據(jù)柴坪水文站42年最大流量實(shí)測(cè)系列，按照《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》（SL44-2006）推薦的方法，按不連續(xù)系列進(jìn)行頻率分析，用矩法計(jì)算參數(shù)初估值，采用P━Ⅲ型曲線按經(jīng)驗(yàn)適線法進(jìn)行適線。不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表4。

表4 柴坪水文站不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量成果表 單位：m3/s

壩址天然洪水采用水文比擬法推算不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量，壩址設(shè)計(jì)洪峰流量采用羅家營(yíng)天然流量減去黃家灣水庫(kù)削峰流量Q羅壩=Q羅天然-Q黃削峰，成果見表5。

表5 羅家營(yíng)壩址設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算表 單位：m3/s

2.4 泥沙

根據(jù)收集到的柴坪水文站的懸移質(zhì)泥沙資料[1]計(jì)算，柴坪水文站多年平均懸移質(zhì)輸沙量為90.4萬t，多年平均含沙量為1.27 kg/m3。

以柴坪水文站為參證站，用流域面積比推算得羅家營(yíng)水電站壩址懸移質(zhì)多年平均輸沙量72.3萬t，推懸比按0.2計(jì)算，多年平均推移質(zhì)輸沙量為14.4萬t，總輸沙量86.7萬t。

2.5 水壩設(shè)計(jì)

工程所在地兩岸岸坡穩(wěn)定，河床覆蓋層較淺，厚度在3.9 m～6.1 m之間，水閘基礎(chǔ)置于基巖。同時(shí)旬河為少沙河流，水質(zhì)較清澈，加之上游黃家灣電站具有庫(kù)容調(diào)節(jié)功能，可有效攔擋河流泥沙，下泄河水含沙量很小，符合翻板閘的使用要求。故確定壩型為翻板閘。壩軸線長(zhǎng)204.70 m，從右至左依次布置右岸旋噴灌漿、右非溢流壩、翻板閘、沖沙閘、進(jìn)水閘和左岸非溢流壩。

2.5.1 翻板壩段

翻板壩段布置于主河床，共設(shè)10孔閘門，其中5 m×10 m（寬×高）翻板閘，底板高程493.00 m。樞紐正常擋水位498.00 m，20年一遇設(shè)計(jì)洪水位498.00 m，50年校核水位500.62 m。閘底板以每扇閘門寬度進(jìn)行分縫，閘室長(zhǎng)度為14.00 m。壩下游采用戽斗消能，戽斗半徑8.0 m，挑角40°，戽斗底高程486.00 m。

2.5.2 非溢流壩段

非溢流壩段由左右岸重力壩段組成。重力壩采用上游面鉛直的梯形斷面，為漿砌石重力壩，壩段總長(zhǎng)75 m，壩頂高程502.00 m，壩頂寬3.0 m，下游面坡比均為1∶0.7。壩體主要由M7.5漿砌石砌筑，壩段每30 m設(shè)一道伸縮縫。

2.5.3 沖沙閘段

沖沙閘布置于進(jìn)水口左側(cè)，布設(shè)一孔，孔口尺寸為5 m×7.5 m（寬×高），底板高程為490.50 m，閘室長(zhǎng)度為14.00 m。壩下游采用戽斗消能[2]，戽斗半徑8.0 m，挑角40°，戽斗底高程485.00 m。

2.5.4 進(jìn)水口

進(jìn)水口布置于大壩右岸非溢流壩段，通過連接段與機(jī)組連接，單機(jī)單孔進(jìn)水，總引水流量為63.4 m3/s。進(jìn)水口頂部采用橢圓段，前設(shè)置攔污柵，攔污柵孔口尺寸為6.5 m×6.6 m(寬×高)，后設(shè)置事故閘門（快速閘門），閘門孔口尺寸4.5 m×2.8 m(寬×高)。檢修平臺(tái)高程為502.00 m，啟閉機(jī)工作平臺(tái)高程為508.60 m，采用卷揚(yáng)機(jī)啟閉。進(jìn)水閘室采用C25鋼筋砼澆筑。

3 結(jié)語

在水電站建筑物設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)對(duì)工程區(qū)實(shí)際概況進(jìn)行考察，充分了解當(dāng)?shù)厮?、地質(zhì)及氣候條件，通過合理計(jì)算確定水電站防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及庫(kù)容、建筑物形式等，更加精確地完成水電站設(shè)計(jì)任務(wù)。羅家營(yíng)水電站擋水建筑物設(shè)計(jì)充分考慮當(dāng)?shù)厮囊蛩兀鐝搅?、洪水、泥沙等，?duì)工程進(jìn)行選址和設(shè)計(jì)，最大發(fā)揮出了羅家營(yíng)水電站的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。