抽水蓄能電站工程地質勘查工作開展策略分析

李曉明

摘要：隨著經濟社會的發展及城市化進程的加快，社會對能源的需求不斷提升，電力逐漸成為能源的主要組成部分。然而，由于電網規模的不斷擴大，電力系統在調配環節還存在一些隱患，在一定程度上制約了電力系統發展。抽水蓄能電站作為電力系統的協調設施，能夠“削峰填谷”，實現電力的高效利用。在此背景下，本文從抽水蓄能電站入手，分析其工程地質需求，并通過地質勘查規避可能存在的地質隱患，以保證抽水蓄能電站的工程質量。

關鍵詞：抽水蓄能電站；地質勘查；地下水

在現階段電力網絡逐漸復雜且規模不斷擴大的背景下，抽水蓄能電站能夠實現電力高峰及低谷時期的電力轉移，保證電力網絡的平穩性，因此，工作人員要加強對抽水蓄能電站的重視。然而，在發展過程中，抽水蓄能工程的建設規模一般較大，為了保證施工質量，需要勘探人員結合實際地質勘查，研究當地的地質環境及水文條件，從而確定電站的施工位置，并且分析地質環境，研究其存在的地質問題及安全隱患，保證電站工程質量。然而，抽水蓄能電站對地質環境需求較高，針對地質勘查流程較多且技術性較強，在實際作業環節需要結合實際情況對勘查工作的開展策略進行分析，方便勘查工作順利落實。

一、抽水蓄能電站地質勘查工作概述

（一）抽水蓄能電站及地質勘查的概念

抽水蓄能電站是指利用電力負荷低谷時的電能抽水至上水庫，在電力負荷高峰期再放水至下水庫發電的水電站，又稱蓄能式水電站。它可將電網負荷低時的多余電能，轉變為電網高峰時期的高價值電能，還適于調頻、調相、穩定電力系統的周波和電壓、宜為事故備用，還可提高系統中火電站和核電站的效率。抽水蓄能電站容量增幅大、發展快，是現階段常見的工程設施之一，在社會中發揮重要功能。然而，其建設對環境要求較高，為了保證其功能順利發揮，地質勘查也就成為抽水蓄能電站的關鍵一環。

地質勘查隸屬地質工程領域，以自然科學和地球科學為理論基礎，以地質調查、礦產資源的普查與勘探、重大工程的地質結構與地質背景涉及的工程問題為主要對象，以地質學、地球物理和地球化學技術、數學地質方法、遙感技術、測試技術、計算機技術等為手段，為國民經濟建設提供服務。在抽水蓄能電站中，地質勘查能夠對區域內的地質環境進行詳細的研究，為電站選擇合適的位置，并且對判斷可能存在的地質問題進行解決，保證電站作業的安全性。

（二）抽水蓄能電站的功能

不同于傳統的水力發電站，抽水蓄能式電站的功能更多傾向于電能的調節，其功能和傳統電站存在差異。首先是峰調，電力的使用總額度在不同時期有不同的數值，在某個階段存在峰值，在某個階段存在低谷。這就導致峰值階段電力供不應求，低谷之時電力卻過于富裕，在一定程度上影響電力配送的穩定性。抽水蓄能電站能夠將富余的電力收集起來用于提升水位，然后在電力供應不足之時利用提升的水位發電。其次是發揮調壓調相作用。抽水蓄能電站可以調節局部電壓偏高的狀況，保證電網電壓的穩定性。最后是發揮事故備用作用。電網是一個復雜的規模化網絡，很容易受到各種因素的影響出現事故，導致電力配送不及時。在此背景下，抽水蓄能電站能夠憑借自身的發電功能實現備用電能的供給，滿足故障地的電力配送，進而保證電力系統的穩定性。此外，抽水蓄能電站具有黑啟動、系統特殊負荷等功能，在很大程度上推動了社會發展，也進一步推動了抽水蓄能電站發展。

二、抽水蓄能電站工程地質勘查難點

在抽水蓄能電站地質勘查時，還存在一些勘查難點，需要勘查人員對勘查難點進行研究，方便后續工作開展。抽水蓄能電站勘查作業，見表1。

（一）上水庫滲透問題

抽水蓄能電站的主要功能是協調電力配送，并且依靠水位進行電力生產，因此，抽水蓄能電站的位置一般選擇地形低洼的盆地或者山溝，但是抽水蓄能對水電站位置的要求較高，除了少量的洪屏、泰安等抽水蓄能電站以外，基本上很難找到有天然徑流補給的抽水蓄能電站。在此背景下，設計者一般通過工程設計滿足抽水蓄能電站的作業需求，通過上水庫水源儲存。但是上水庫相較于盆地地形還存在一些差異，在一定程度上影響勘查作業的開展，需要在主壩之外設計副壩以滿足蓄水需求。雖然抽水蓄能電站在上水庫庫容的要求上不算太大，可以通過山地開挖實現副壩的設計，但是地質質量及邊坡的穩定性就可能導致上水庫滲漏。在實際作業環節，就需要在抽水蓄能電站的地質勘查環節對上水庫的蓄水能力進行詳細勘查，明確是否可以有效蓄水，是否會產生滲漏等。要實現這一目的，勘查人員往往需要對上水庫進行詳細深入的地質測繪，分析上水庫的巖層特性及覆蓋分布，并且結合當地地下水及地表水分布狀況實時調整施工方法，盡可能地規避外界因素的影響。上水庫滲透問題會在很大程度上影響勘查作業的開展，不僅增加作業量，還會影響勘查質量，阻礙勘查作業順利落實。

（二）地下廠房圍巖穩定問題

由于抽水蓄能電站的特殊性，其廠房一般設計在地下，圍巖的穩定性是影響地質勘查的重要一環。為了保證地下廠房的安全，勘查人員在實際工作中首先需要對廠房的位置勘查，針對當地的工程地質狀況進行研究，結合實際的地質綜合分析廠房的地理位置、軸線以及地應力等，顯著增加地質勘查的任務量及作業難度。勘查人員在勘查過程中需要面對復雜的地質狀況及廠房的設計要求，在保證廠房質量的基礎上盡可能地對當地地質進行勘查，規避圍巖可能發生的隱患。但是地下廠房本身規模較大，會對巖層結構造成影響，人員在地質勘查時面臨復雜的環境地質及技術難點，很容易出現失誤，影響勘查結果的精準度。

（三）庫岸穩定

相較于傳統的水利工程，由于抽水蓄能電站需要蓄水來實現電力的調度，庫巖的穩定性也就成為工程關注的要點。在實際作業過程中，工作人員需要結合實際的發展需求對庫巖的穩定性進行研究，并且綜合考慮會對庫巖產生影響的因素，諸如岸坡的水下休止角、水下穩定坡角，以及浸水對軟弱結構面強度影響等。這樣一來，顯著增加勘查作業量，不僅需要對水庫周邊的巖層狀況進行調查，確定其性質及穩定性，還需要綜合調查周邊地質和水庫巖層之間的聯系，分析各種因素可能對庫巖穩定性產生的影響，從而提前采取措施規避，保證施工質量。此外，抽水蓄能電站在水位升降時對周圍庫岸的壓力也會產生影響，進而導致穩定性波動。在此基礎上，勘查人員需要對不同水位狀況下庫岸受到的壓力進行研究，綜合分析庫岸的承載能力，并且采取加固措施增強其穩定性，保證庫岸的穩定性。

（四）技術難度較大

在針對抽水蓄能電站的地質勘查作業中，勘查人員需要針對水文及地質等全面的檢查，具有很強的技術。在水文方面，水源作為抽水蓄能電站能量轉換的介質，需要消耗一定的電能從下水庫通過可逆式水泵水輪機組提升。水位的提升對設施的壓力也很大，還會對周圍的巖層產生很大的影響。為了規避這些因素的影響，需要利用地質勘查技術分析圍巖的抗劈裂和防滲能力，判斷其最大承載能力，以方便后續的加固作業。輸水系統滲水量較大時，也會對周圍山體的穩定性產生影響，進一步增加作業難度。抽水蓄能電站水庫的水位變化較為頻繁，變化幅度也很大，所以對勘查評價的要求很高。

不同抽水蓄能電站規劃選點方案見表2。

三、抽水蓄能電站工程地質勘查工作的開展策略

（一）確定勘查目標

對于地質勘查來說，無論是保證勘查質量還是保證勘查作業的落實，確定勘查目標都十分必要。在實際作業環節，需要結合抽水蓄能電站的整體需求確定地質勘查的對象目標進行，以便后續作業開展。首先要重視地質災害。作業人員需要結合當地的地質特點對地震地質、地質災害的調查工作，研究其產生原因以及危害程度，便于后續施工有效規避問題，保證作業順利落開展。其次要重視施工場地地質調查作業。抽水蓄能電站需要大量的設備，這些設備規模較大而且具有較高的精密度，在實際作業環節需要加強對設備場地存放位置的地質勘查。在工作環節，作業人員要重視棄渣場、料場、交通工程、籌建期工程、施工場地等處的勘測工作，了解巖石特點及巖層分布狀況，在此基礎上分析施工作業的可行性，規避可能存在的安全隱患。最后要重視邊坡施工，抽水蓄能電站對邊坡的壓力較大，很容易出現各種問題，在實際作業環節中需要加強對邊坡巖層承載力及防滲透的勘查，并在此基礎上設計電站。

（二）3S技術的應用

對于地質勘查來說，3S技術作為一項先進的技術手段，也是勘查的關鍵手段，需要勘查人員科學運用。首先是地理信息系統的應用。結合3S技術，能夠將收集的抽水蓄能區域地質狀況整合成資料信息，借助計算機及專業的制圖軟件將各種信息轉化為柱狀圖、平面圖及剖面圖等，直觀展現出來，供設計人員參考，保證勘查設計質量。其次是定位系統的運用。3S技術一方面能夠精準定位廠房位置，保證各個設施協調推進；另一方面，通過定位進行高程測量，有針對性地解決跨溝、跨河水準難以傳遞的問題，提升測量的精準度，保證勘查質量。最后是遙感技術的應用。遙感技術可以借助各種設備對區域進行范圍測量，該技術具有信息豐富、測量范圍廣及速度快的優勢，可以對區域地質狀況進行拍攝并且成像，從而及時、快速、準確地反映水電工程所在區域存在的地質及環境問題。

（三）工程物探技術的應用

除卻3S技術外，工程物探技術也是常見的技術手段。在實際作業環節，現有的先進物探技術主要有鉆孔彩色電視系統和地球物理層析成像技術等，具有其獨特的優勢，可以滿足不同抽水蓄能電站的地質勘查作業需求。首先是鉆孔彩色電視系統技術。相較于傳統的技術手段來說，利用該技術進行地質勘查具有性能穩定、集成度高，以及電路設計科學合理等優勢，可以保證勘查信息的質量。在信息收集及傳遞環節，該技術的作業失真較少，能夠重現場地的彩色圖像，耐沖擊性能較強且成本較低。目前，隨著數字技術的快速發展，鉆孔彩色電視系統又在開發圖像處理系統的基礎上利用工控級主機，形成錄像機、監視器、控制器的三位一體，形成一體化的主機控制系統。鉆孔彩色電視系統可以通過配接口徑不同的鉆孔電視探頭，對圖像進行數字化采集、壓縮與存儲，既可以將勘查成果刻錄成光盤，也可以對圖像進行后期的制作與處理。地球物理層析成像技術也就是通常人們所說的CT技術，主要利用已有的鉆孔或平洞，采用一定的發射和接收方式，采集和處理透射波，通過研究與分析孔洞之間巖體的波速值，對各區間的巖體評價、分析和判斷。

四、結語

綜上說述，在實際作業環節，為了保證電力網絡的穩定性，抽水蓄能電站成為水利工程及電力工程的關鍵一環，需要加強對其的重視程度。然而，抽水蓄能電站工程不同，工程地質條件不同，決定了每個站點的工程地質勘查的重點、難點不同，但上水庫滲漏、壩基建基面選擇、高壓管道襯砌型式選擇、地下廠房圍巖穩定應該是抽水蓄能電站的共同問題。

參考文獻：

[1]李沁書，溫家華，柴建峰，等.抽水蓄能電站棄渣場勘查設計中若干問題的探討[J].水電與抽水蓄能，2021，

7（02）：90-94.

[2]江蘇宜興抽水蓄能電站工程地質勘查[C]//中國水利水電勘測設計協會.水利水電工程勘測設計新技術應用——2013年度全國優秀水利水電工程勘測設計獲獎項目技術文集，中國水利水電出版社，2014：80-85.