羅家營水電站擋水建筑物設計分析

張力中

（陜西江漢水電勘測設計有限公司，陜西 西安 710016）

水電站是利用水能資源發電的場所，是水、機、電的綜合體，其中為了實現水力發電，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和廠區樞紐兩大部分組成。水電站的類型不同，建筑物的組成亦有所不同；廠區樞紐包括廠房建筑物和變電站。本文對羅家營水電站擋水建筑物進行設計分析。

1 工程概況

羅家營水電站位于羅家營村河道彎道上游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3600 kW，正常蓄水位為498.00 m，年均發電量1509.60萬kW·h，年利用小時數3145 h。

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000）本工程總庫容和裝機容量確定本工程為Ⅳ等小 (1)型，翻板壩、進水口和電站廠房按4級建筑物設計，消能防沖和導流圍堰等臨時性建筑物按5級建筑物設計。根據《防洪標準》(GB 50201-94)平原濱海區設計標準，確定首部樞紐工程的設計洪水標準為20年一遇，校核洪水標準為50年一遇。水電站廠房的設計標準為30年一遇，校核標準為50年一遇。

2 工程設計

2.1 工程選址

羅家營下游為廟溝電站，正常蓄水位488.17 m，回水末端位于羅家營村上游河道轉彎處附近；羅家營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村約3.0 km，正常尾水位498.04 m。黃家灣電站廠房至羅家營村之間河段基本順直，無天然埡口、轉彎等地形。據實測，該段河道平均比降4‰，可利用總水頭9.15 m。基于以上情況，羅家營電站壩址只能在3.0 km區段內選擇，為最大限度利用水頭發電，最佳壩址在下游流段選取。

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

中壩線位于羅家營村西北約300 m的旬河峽谷段，河谷呈“U”字型發育，壩線區屬秦嶺南麓中低山區，旬河在壩線區流向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，無崩塌現象，自然邊坡整體穩定，右岸較平緩，斜坡被第四系坡殘積物覆蓋，河道寬約109 m。右岸一級階地較發育，階面寬度16.0 m～30.0 m。覆蓋層厚度3.9 m～7.3 m。可利用最大水頭9 m，工程效益最好，因此，選擇中壩線為壩址。

2.2 徑流

旬河內共設立了2處國家基本水文站，即柴坪水文站和向家坪水文站，柴坪水文站與羅家營水電站同屬旬河流域，羅家營壩址控制流域面積1895 km2，柴坪水文站控制流域面積2370 km2，區間無較大支流匯入。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。

根據柴坪水文站56年徑流量系列，按連續系列進行頻率計算，用矩法估算統計參數初試值，采用P━Ⅲ型曲線，按經驗適線法進行適線，確定最終參數，不同頻率年徑流計算成果見表1。

表1 柴坪水文站不同頻率年徑流量計算成果表

羅家營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計流域年徑流量。經計算，羅家營水電站壩址處多年平均流量為23.4 m3/s，由水文比擬法計算設計斷面各頻率年徑流量成果見表2。

表2 水文比擬法計算羅家營水電站不同頻率年徑流成果表

典型代表年是根據年徑流頻率計算，結合枯季徑流頻率計算，按照對發電不利的原則進行選取，豐、平、枯三個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

羅家營壩址上游規劃有黃家灣水電站，黃家灣水庫建成后對其壩址上游徑流進行重新調蓄分配。黃家灣電站為具有年調節性能的水庫，本次羅家營壩址的日平均流量計算采用黃家灣壩址下泄流量加黃家灣壩址—羅家營壩址區間流量。

根據選擇的柴坪水文站典型代表年實測日平均流量系列資料，用同倍比法進行縮放，即用設計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，用水文比擬法轉化得到黃家灣壩址—羅家營壩址區間典型代表年的日平均流量系列。

2.3 洪水

根據湖南省水利水電勘測設計研究總院提供的黃家灣防洪調度補充資料，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。

本次羅家營水電站設計洪水計算采用羅家營天然流量減去黃家灣水庫削峰流量Q羅壩=Q羅天然-Q黃削峰。

根據柴坪水文站42年最大流量實測系列，按照《水利水電工程設計洪水計算規范》（SL44-2006）推薦的方法，按不連續系列進行頻率分析，用矩法計算參數初估值，采用P━Ⅲ型曲線按經驗適線法進行適線。不同頻率設計洪峰流量成果見表4。

表4 柴坪水文站不同頻率設計洪峰流量成果表 單位：m3/s

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

表5 羅家營壩址設計洪峰流量計算表 單位：m3/s

2.4 泥沙

根據收集到的柴坪水文站的懸移質泥沙資料[1]計算，柴坪水文站多年平均懸移質輸沙量為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水電站壩址懸移質多年平均輸沙量72.3萬t，推懸比按0.2計算，多年平均推移質輸沙量為14.4萬t，總輸沙量86.7萬t。

2.5 水壩設計

工程所在地兩岸岸坡穩定，河床覆蓋層較淺，厚度在3.9 m～6.1 m之間，水閘基礎置于基巖。同時旬河為少沙河流，水質較清澈，加之上游黃家灣電站具有庫容調節功能，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年一遇設計洪水位498.00 m，50年校核水位500.62 m。閘底板以每扇閘門寬度進行分縫，閘室長度為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設一道伸縮縫。

2.5.3 沖沙閘段

沖沙閘布置于進水口左側，布設一孔，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 進水口

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

3 結語

在水電站建筑物設計工作中，應對工程區實際概況進行考察，充分了解當地水文、地質及氣候條件，通過合理計算確定水電站防洪設計標準及庫容、建筑物形式等，更加精確地完成水電站設計任務。羅家營水電站擋水建筑物設計充分考慮當地水文因素，如徑流、洪水、泥沙等，對工程進行選址和設計，最大發揮出了羅家營水電站的社會經濟效益。