强磨水电站拦河坝选型与设计

强磨水电站拦河坝选型与设计

莫永胜

广西壮族自治区河池水利电力勘测设计研究院广西河池547000

摘要：近年来，小水电得到了大量的建设，低水头大流量的河床式水电站可以充分利用水资源，避免河道断流，保护河道生态，符合人与自然和谐发展的思想。本文结合具体的工程实例，讨论低水头、大流量、大洪水河床式电站挡水坝方案选择，希望能够为相关工程提供借鉴。

关键词：水电站；翻版闸；

1.工程概况

1.1工程简介

强磨水电站为单一的水力发电工程，电站座落于大化瑶族自治县羌圩乡布社村至六洪村的灵奇河下游巴王河段上，坝址控制集雨面积1630km²，多年平均径流量25.2m³/s，年径流量7.95亿m³。

强磨水电站坝址布设于灵奇河巴王河段。目前在坝址上游与大化接壤的巴马县阳春村，已建一水轮泵站；下游接古龙水电站。强磨水电站利用阳春水轮泵站和古龙水电站区间剩余水头4.8m，增设一个梯级。考虑充分利用水利资源，同时减少对上下游水利工程的影响，拟定正常水位为179.50m。最大可利用水头4.5m，平均利用水头4.3m。

电站为河床式电站，装机容量为3×400kW。工程等别为IV等工程，挡河坝、厂房等主要建筑物按4级建筑物设计，其它建筑物和临时工程按5级建筑物设计。厂坝等主要建筑物设计洪水重现期为30年一遇，大坝校核洪水重现期为100年一遇，厂房校核洪水重现期为100年一遇。

1.2水文

强磨水电站正常高水位为179.50m，相应库容210万m3，属日调节径流式电站，水库不承担洪水调节任务。

设计洪水结果见表1.2-1。

1.3地质

地形地貌：该河段地貌为构造剥蚀丘陵地貌，坝址及厂房工程区微地貌为河谷岸坡地貌，右岸地形较缓，左岸为山体斜坡，河床高程约为172.0～176.0m，河岸高程约为176.0～190.0m，河流流向为北东向，河床宽约80m，呈“U”字形。坝址一带河水较浅，河床基岩裸露。

地层岩性：坝址、厂房一带出露地层为三叠系及第四系，第四系冲积层（Qal）：粉质粘土，棕黄色，可塑～硬塑，土质均匀，层厚约2.0～5.0m，主要分布于右岸；第四系残积层（Qel）：粉质粘土，棕黄色，可塑～硬塑，土质均匀，层厚约3.0～5.0m，主要分布于河流左岸斜坡；三叠系中统百蓬组下段（T2b1）：弱风化砂岩，浅灰～灰色，中厚层状，层厚约30～50cm，岩石较硬，节理裂隙发育，岩体较完整，岩体工程质量分类为BⅢ类，河床河岸可见出露。

2工程总布置

本工程坝址两岸宽阔平坦，耕面面积分布广，土地肥沃，河床较浅，洪水流量大。经布置，厂坝枢纽共长112m。枢纽由挡水坝、发电厂房、尾水渠等组成。厂房布置于挡水坝左岸，电厂生活区、开关站与主厂房紧邻布置。厂房右侧布置拦河大坝。

3拦河坝方案选择

为了控制库区淹没，不影响上一梯级电站运行安全，要求大坝应能顺畅泄洪，又需尽量维持高水位运行，以确保发电效益。根据当地地形地质情况，本工程适合建设过水实体坝、翻板闸坝和橡胶坝等三种坝型，由于工程区为高山峡谷地区，工程区洪水暴起暴落，大块漂浮物较多，橡胶坝坝袋容易划破，影响使用。故本阶段考虑采用水力自控翻板闸坝和实体埋石砼过水坝二种坝型进行比较，并以同一正常高水位为基础进行工程布置，坝型比选如下：

（1）水力翻板闸坝

根据调查，现状水力自控翻板闸已建闸门高度均低于7.0m，并形成规格设计产品系列，更高的门体也已研究，需作专门设计。

本工程设计采用闸门高为4.0m，溢流坝段布置9孔闸门，每孔宽8.0m，总宽72.0m,坝轴线总长80.0m。闸坝段左端3孔闸为液压制动翻板闸，其余6扇为水力自动翻板闸。坝前正常高水位179.5m，溢流坝段堰顶高程175.80m，闸顶高程179.80m，最大高度溢流堰高度0.5m，底宽8.5m。左右岸非溢流坝段分别长4.7m、6.5m,最大高度6.7m。

（2）埋石砼过水坝

该方案设计埋石砼坝坝高4.7m，长80.0m，坝前正常高水位179.5m，坝顶高程180.0m，采用全坝段溢流，砼坝顶宽2.0m，上游直立，下游179.50m高程以下坡度1:0.75。179.50m~180.00m段直立，于179.50m高程处每隔1.0m埋设Φ300预制砼管。

从该表可看出，在相同地形地质条件下，工程布置方面，埋石砼坝占用河道过水断面宽度大，翻板闸坝较小。运行维护方面，翻板闸坝运行成本相对比较大，易造成运行损坏和不能开启情况。埋石砼坝库区淹没面积较大，淹没征地多，且影响上游水轮泵站正常运行。

综上所述，埋石砼坝运行费及维护维修工作量小，大坝工程投资较节省，但因厂房为河床式厂房，埋石砼坝设计校核洪水位较高，厂房段投资将会较大，工程淹没占地较大，且对上游巴马县阳春水轮泵站造成影响，容易产生纠纷。翻板闸坝，运行费用不是很高,维护维修工作量较小，且对上游阳春水轮泵站运行影响小。因此，推荐采用翻板闸坝。

4拦河坝建筑物设计

挡水坝为翻板闸坝，由砼重力式基座和在其上安装的翻板闸组成，最大坝高4.5m。砼重力式基座长72m，最大高度2.0m，矩形断面，顶宽6.0m，座顶高程175.8m。

翻板闸共设9孔，每孔宽8m。其中左坝肩3扇采用液压控制翻动行洪和翻回挡水；其余6扇由水力自动控制，并设置洪水期翻开后强制锁定的装置，即使洪水期闸坝行洪断面足够大，又尽量减轻闸门板顶过洪时，闸门体拍打振动引起的破损，确保洪水期泄洪安全和建筑物安全。翻板闸高4.0m，单扇闸板宽8m。

左岸设接头闸坝连接厂房和岸坡，长4.7m，设一道2.0m×2.0m冲砂闸；右岸接头坝连接翻板闸和左岸坡长6.5m。左岸接头坝采用C20砼浇筑，与电站厂房连接，右岸为砼砌石重力坝，坝顶高程180.5m，坝顶宽2.5m，最大坝高6.7m，上游面垂直，下游面为变坡与下游侧导墙连接。

本工程大坝为低坝，仅有6.7m高，且坝基岩体完整性较好，岩层倾向上游，坝基渗漏量少，仅考虑采用砼防渗齿墙防渗，不再做其它防渗方案。

5泄流计算

（1）基本资料

①翻板闸坝溢流段长度72m，共设9扇翻板闸门，左坝肩3扇为液压翻板闸，其余6扇为水力自动翻板闸，翻板闸门高度H=4.0m，最大开度α=80°,e=2.72m。

②水力自控翻板闸为定型规格产品，泄流情况见表5-1所示。

表中：

h门高；m

a门扇关闭情况；

H。门扇初始翻动水位；m

H堰顶水位；m

Hu门顶水位；m

e门扇开启度；m

（2）计算公式及方法

b—闸孔孔宽（m）；

e—闸孔开度（m）；

H—闸前水头（m）；

③翻闸全开之后，采用简便方式，按坎宽顶堰进行水力计算。考虑到闸门的影响，取流量折减系数为：0.93~0.95.（厂家资料）

6结束语

本文结合实际的地质、地形以及工程情况，就强磨电站低水头，大流量，大洪水的河床式电站，可利用水头较小的条件，通过泄洪、淹没、对上下游梯级影响等条件进行分析，确定拦河坝设置方案。希望对类似工程有一定参考作用。

参考文献

[1]《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）；

[2]中国水利水电出版社《水工设计手册》；

[3]中国水利水电出版社《水力计算手册》；