水電站設計方案的比選與優(yōu)化淺析

【摘要】近些年以來，城鄉(xiāng)各地都在著手構建較大規(guī)模的水電站，而與之相應的設計模式也在獲得顯著改進。實質上，水電站本身包含了復雜度較高的內部結構，因此在客觀上增大了方案設計時的難度。在優(yōu)化設計方案的全過程中，作為設計人員通常需要兼顧多樣化的要素，其中包含壩址選擇、整體性的工程布置以及其他要素。因此可見，針對各種類型的水電站建設而言，與之有關的方案模式都應當體現為顯著差異。通過運用全方位的優(yōu)化對比，就能為其提供可行性更強的優(yōu)化設計措施。

【關鍵詞】水電站設計方案；比選；優(yōu)化

從基本特征來講，建設水電站的關鍵應當落實于先期性的水電站設計。這是由于，水電站設計是否符合了最根本的設計指標，較大程度決定著整個水電站具備的穩(wěn)定性以及運行實效性。在選擇不同類型的設計方案時，通常都要兼顧多層次的要素，運用綜合對比的手段與措施來提供全方位的設計參考。設計人員如果能選擇與之相適應的水電站壩址，并且優(yōu)化整個流程的水電站設計，那么將會有助于突顯更高層次的運行效益，同時也有助于減少綜合成本。

一、選擇合適的壩址

通常情況下，選擇壩址的全過程都會涉及到相對復雜的各類要素，其中典型為當地現有的環(huán)境要素、施工流程的便利性、壩體類型以及地質條件等。這是因為，選擇不同壩址也就意味著施工流程具備的差異性。因此可見，設計人員針對壩址選擇通常都要兼顧如下的關鍵性要素：

首先是基礎地質要素。具體來講，建造水電站的現場地形應當具備優(yōu)良的特性，最好將其建立于峽谷或者丘陵等特殊地勢之上。在必要的時候，針對當地現有的某些特殊地質還能夠加以有序利用，以便于節(jié)省更多的建設資金，對于綜合性的工程量也能予以適度降低。

其次是壩體形狀的要素。在選擇不同類型的壩體形狀時，根本宗旨在于保證其應當具備的庫容總量，最好將其限制于集水盆地的范圍內。這是因為，集水盆地本身具備相對顯著的地勢落差，因而蘊含了更大的水能總量。如果選擇在此處建設壩體，則能夠擁有更高層次的綜合性建設效益。

第三是潛在性的地質災害。在比對不同種類的建設方案時，應當兼顧地質災害被誘發(fā)的潛在可能性。具體來講，設計人員有必要避開滑坡或者坍塌可能性較大的地帶。如果將其設計在平原或者丘陵地帶，則要密切關注浸沒庫區(qū)的隱患與威脅，同時也應當杜絕居民區(qū)或者農田受到過多的淹沒。只有在全面考慮各項要素的前提下，才能在根本上優(yōu)化建設方案。

二、優(yōu)化布置整體性的施工方案

水電站施工包含了多層次的復雜流程與環(huán)節(jié)，因此在初期設計時，設計人員就要把關注點轉向施工方案上，對其提供綜合性的優(yōu)化方案。在建設整體水電站的過程中，應當關注特定建筑物的相互位置，因地制宜確定其適當的規(guī)模。這是因為，項目建設成本以及施工進度都有可能決定于整體性的工程布置。在優(yōu)選各種類型的設計方案時，應當將其限制于最低限度的財力與物力消耗，杜絕過于強烈的生態(tài)干擾。

施工導流在各個時間段體現為顯著差異性，對此應當兼顧施工導流本身具備的周期特性，保證其符合最優(yōu)的導流性能。此外，具備消能防沖特征的泄流壩段應當設計成較短的，此種措施能夠為后期導流提供更多便利性。在布置電站內部的廠房時，最好將其設計成壩體后側的廠房，同時也要結合其自身具備的經濟性以及綜合實效性。在優(yōu)化水電站整體性布局的同時，同樣也要關注最根本的質量、施工進度、安全性以及施工成本，上述要素很可能都將影響到持久性的水電站運行。近些年以來，設計人員更多關注了水電站方案具備的環(huán)保特征，避免傷害到周邊環(huán)境。

三、優(yōu)化壩體類型的選擇

在確定壩址的前提下，就要因地制宜選出合適的壩體類型，也就是壩體的形態(tài)特征。在此過程中，針對施工要求、技術條件以及經濟狀況都應當予以全面考量。不同類型的壩址具備各異的地質狀況以及自然條件，而與之密切相關的經濟性能也是帶有差異性的。結合上述的差異性，對于混凝土面板、混凝土構成的重力壩、拱壩以及心墻堆石壩等關鍵性的構件都要給予慎重選擇。相比來看，混凝土制作而成的重力壩更加能夠適應多樣化的地形與地質，同時也適合建造在地基不均勻的特殊環(huán)境中。

設計壩體可能會涉及到泄水孔口，對此應當兼顧導流性能與泄洪性能。堆石壩具備優(yōu)良的綜合性能，其中典型應當包含混凝土鋼筋的斜墻以及心墻堆石壩等。相比來看，堆石壩可以適應多樣化的現場地質，借助天然材料就能進行相應的施工，因此體現為簡易的施工流程。此外，如果選擇了拱壩作為水電站施工的根基，則有必要保持其應有的均勻度，確保各個位置都能承受特定限度的應力作用。

拱壩結構具備輕質與抗震性的良好性能，壩體重量相對較輕，因此構成了超靜定的典型結構。然而在施工時，針對拱壩施工也要設計相對較高的各項施工性能指標。在某些情況下，施工方單純關注了拱壩具備的抗震特性，因此傾向于選擇質地堅硬的材質用來完成施工流程。然而實際上，如果能夠將其替換為輕質的堅韌材料，那么有助于獲得更高層次的實效性。

結束語：

在水電站建設的整個過程中，設計方案應當構成其中關鍵性的要素。這是因為，針對水電站建設如果沒有設置可行性較強的整體方案，那么將會減損后期相應的建設效果。因此可以得知，對比與選擇設計方案應當被置于首要性的位置，依照統(tǒng)籌兼顧的根本思路來實現全方位的設計模式優(yōu)化。未來在實踐中，設計人員還需不斷的探究，密切關注項目建設的周期、水電站建設質量以及多層次的技術要素，確保從源頭入手來優(yōu)化其經濟性并且提升實效性。

參考文獻：

[1]韋小娜. 水電站設計方案的比選與優(yōu)化研究[J]. 科技經濟導刊，2017（26）：75.

[2]杜飛龍，王友樂. 基于CATIA二次開發(fā)的重力壩三維模型構建[J]. 水電能源科學，2017，35（04）：85-89.

[3]伍小玉，張建民，王曉安. 黃金坪水電站泄水建筑物布置優(yōu)化試驗研究[J]. 水力發(fā)電，2016，42（03）：31-34.

[4]王新強，張根廣，徐龍飛. 當卡水電站消力池的優(yōu)化試驗研究[J]. 水電能源科學，2014，32（03）：122-125.

[5]張子樹，劉本延. 門坎灘水電站攔水壩施工圍堰方案的優(yōu)化選擇[J]. 小水電，2012（02）：112-114.