淺析徑流式低水頭大流量小水電站的壩型選擇

陳欽元

【摘要】在當前的農村水利電力建設中，徑流式低水頭大流量小水電站建設數量每年成高速發展狀態。因此做好這類水電站建設，特別是水壩建設技術研究，對于水電站建設、整體安全、上下游安全、日常管理等各項工作都起到了不可忽視的作用。

【關鍵詞】徑流式低水頭；小水電站；壩型

隨著我國鄉鎮農村對于電力資源的日益需求，以及可再生資源發電理念的不斷發展，各類小型水電站建設在我國農村地區得到了廣泛應用。其中徑流式水電站因其工程量較小、技術簡單等優勢，成為了我國水量較為豐富的農村小水電站建設的主要類型。而在徑流式水電站模式中，采用水壩結構的低水頭、大流量模式們水電站結構，因其較高的安全性得到了水電工程管理者的廣泛重視。為此我們結合小水電站特征，開展了這類水電站的壩型選擇研究，為這類水電站建設提供技術研究支持。

一、壩型選擇應考慮的主要因素

在徑流量低水頭小型水電站壩型選擇過程中，技術設計人員應考慮的因素包括了以下三個因素。

（一）水電站自然環境因素

在水電站建設水壩壩型選擇中，設計者首先需要考慮的是水電站所處的自然環境因素，因此水壩設計者在設計工作開始前，應對水壩周邊的水文、地質等情況進行實地勘測，并對周邊已建成的水利電力工程進行實地考察與分析，形成數據化的書面勘測報告，為水壩設計提供全民的技術前期支持。

（二）施工工程建設因素

在施工工程管理中，其建設中的技術與管理因素也是壩型選擇中應考慮的主要因素。（1）工程建設工期與造價，既確保工程施工按期完成，且成本得到有效控制。（2）施工技術簡便，利于小型水電站施工簡易化原則。（3）工程建設不能對環境，如地質環境、河流上下游環境造成嚴重影響。

（三）電站使用性能因素

在壩型選擇中，管理者還應根據其使用中的性能需求選擇壩型。（1）水壩的使用性能，如水壩的防洪、灌溉性能等。（2）工程維護管理簡單，進而減少其后期管理的工作量與技術要求。（3）長期使用性能，如水壩長期使用是否會對地區環境、水文等造成不良影響等。

二、當前常用的主要壩型及選擇研究

在小水電站設計中，擋水非溢流壩段一般會使用漿砌石重力壩型式。而其在溢流壩設計中需要根據技術需求，合理的選擇壩型形式。在當前徑流式水電站設計中，其常用的壩型形式包括了自潰壩、水力自動翻板閘門壩、橡膠壩等三種主要的類型。下面我們分別就這幾類壩型特點進行分析。

（一）自潰壩及其主要應用特點

在我國農村小型水電站的建設中，自潰壩是一種應用較多的壩型模式。較之其他的壩體形式，其主要特點包括了以下兩個方面。

（1）優勢特點。在水壩建設中，自潰壩的主要優勢包括了以下幾點。一是材料優勢。自潰壩建設中主要不使用水泥、鋼材等建筑材料，而是采用就地取材的方式獲得建筑材料，因此其建筑成本較低，同時材料的便利性較強。二是建筑技術簡便優勢。由于自潰壩自身的整體結構簡單，因此便于其后期建筑管理工作的開展。三是使用中的優勢。自潰壩在使用中具有安全性較強、不需要另建控制設施，以及對水中的漂浮物可以起到一定排泄作用等特征。

（2）使用中的劣勢。自潰壩在使用中除了以上優勢外，在使用中也存在一定的劣勢問題。這一問題主要集中在水電站壩體啟潰水位的控制中，這一問題包括了三種情況。一是如果河道中雜物過多，就會對壩體造成嚴重沖擊進而影響壩體自身的整體質量，進而導致水壩在水位沒有達到自潰水位狀態下就發生潰壩，造成嚴重的事故。二是自潰壩發生潰壩后需要完全重建，投資成本高。三是如壩體無法正常潰壩，就必須采用爆破方式進行處理，時間長、效果差，容易對河道上下游安全造成嚴重影響。

（二）水力自動翻板閘門壩以及主要特點

在水利設施建設中，水力自動翻板閘門作為一種較為常見的水力自動閘門，也是小型水電站建設的重要壩體形式。在使用的主要的特點包括了以下兩方面。

（1）優勢特點。在這一壩體的使用中，其主要的優勢包括了以下幾點。一是其整體結構較為簡單，進而便于施工管理工作與技術控制；二是在使用中水流可以通過閘門上下面過水，確保了水壩過水能力以及避免了上游水位壅高值的情況；三是工程中不需要單獨建設啟閉設備和工作橋，以及相關的操作設備，減少了工程建設與運行費用；四是其設備可以由專業企業定制，材料使用與維護成本較低，管理簡單。

（2）使用中的劣勢。在這類壩體的使用中，其最大的劣勢在于其閘門結構較為薄弱，已收到外力影響。因此在河流中雜物過多、水流過大以及泄洪等情況下，閘門受力過大就會因為力系失衡造成其開度變化，甚至出現閘門失穩、閘門與壩體出現結構毀壞等問題，影響其使用壽命。嚴重時甚至出現閘門無法正常啟閉，不能滿足河道正常流水以及行洪技術要求。

（三）橡膠壩以及主要特點

橡膠壩體是當前一種新型的水壩建設模式，由于其技術含量較高因此在當前小型水利設施中得到了廣泛應用。在當前的水利設施建設中，其主要技術優勢包括了以下幾點。（1）材料節約。此類壩型使用的建筑材料，特別是鋼材、水泥以及木材等較少，適合小型水利工程建設。（2）具有較強的地形適應性。橡膠壩在使用中可以適應多種水文與地質條件，且壩后工程較為簡單。（3）成本較低。在水壩使用中橡膠壩的基礎底板、下游消能與上游防滲等主要結構，可以根據水壩使用具體情況進行簡化，進而減少了建設投資成本。（4）建設施工期較短。橡膠壩建設中使用工廠定制的壩袋建設，并利用現場安裝的方式，其建設工期較短，同時質量可以得到保障。（5）控制操作較為靈活。橡膠壩體在使用中可升可降，其擋水與泄水功能個完善，且在運行維護成本低于其他類型壩體。

總之在三類當前常用的壩體形式中，橡膠壩型式在實用性、成本與工期、施工技術層面、使用性能等因素中，其綜合性能較為突出，適用于當前大部分淺析徑流式低水頭大流量小水電站使用，因此在農村水利建設中得到了有效推廣。

參考文獻：

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