保山勐外壩河水電站取水壩設(shè)計

田國輝

【摘 要】文章介紹了勐外壩河二級水電站的工程項目概況，根據(jù)水電站工程水文地質(zhì)條件及取水壩工程地質(zhì)條件，提出了水電站取水壩的設(shè)計方案。

【關(guān)鍵詞】水電站；取水壩；水文；地質(zhì)；設(shè)計

1.工程項目概況

勐外壩河二級水電站位于于保山市龍陵縣龍江鄉(xiāng)勐外壩村境內(nèi)，地理坐標(biāo)在東徑98°39′55″～98°45′22″，北緯24°41′29″～24°44′24″之間。

勐外壩河二級水電站工程概算總投資2132.17萬元，項目建成后，水電站裝機(jī)為2000+1600kw時，多年平均電能為1647.30萬KW·h，裝機(jī)年利用小時數(shù)為4576h。按上網(wǎng)電價0.20元/kw·h計算，年收益為329.46萬元，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。工程建成后，合理利用了當(dāng)?shù)刎S富的水資源，將極大地緩解當(dāng)?shù)氐挠秒娎щy。

2.工程水文地質(zhì)條件

2.1含（透）水層及相對隔水層

第四系洪沖積層（Qpal）、殘坡積（Qedl）及崩坡積（Qcol+dl），結(jié)構(gòu)松散，屬中等～強(qiáng)含（透）水層；片麻巖、板巖、變質(zhì)砂巖等的全強(qiáng)風(fēng)化帶透水性中等～強(qiáng)，屬中等～強(qiáng)含（透）水層；片麻巖、板巖、變質(zhì)砂巖等的弱微風(fēng)化帶透水性微弱，可視為本區(qū)的相對隔水層，均屬變質(zhì)巖裂隙水。

2.2地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄

工程區(qū)內(nèi)地下水埋藏形式以潛水為主，局部沿構(gòu)造帶（向斜核部及區(qū)域性斷裂帶）形成構(gòu)造水。主要接受大氣降水補(bǔ)給，沿孔隙、裂隙向河床徑流，集中地段以泉點形式排泄，地下水補(bǔ)給河水。孔隙水及潛水水位變化受季節(jié)及河水位控制較明顯。泉流量一般0.1～3升/秒，地下徑流模數(shù)1～3升/秒·km2，富水性中等。

工程區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，具典型山區(qū)峽谷河流地下水動力條件，主要接受大氣降水補(bǔ)給，向勐外壩河排泄。地下水類型主要為裂隙潛水。

3.取水壩工程地質(zhì)條件

勐外壩河二級電站取水壩位于該河中游段，在一級電站廠房尾水下游約100m處的河道建壩；壩長34m，采用漿砌石重力壩。河床地形較狹窄，呈“V”形河谷。地層巖性：河床表層分布為第四系全新統(tǒng)（Q4ap1）沖積洪積層，由砂礫石及漂石組成，無分選性，堆積中密～密實；亞磨園度；推測層厚約3～5m。壩基及岸坡巖石均為下古生界（PZ1）變質(zhì)巖系，主要由片麻巖，間夾少量變質(zhì)砂巖組成，巖層產(chǎn)狀1330∠500，巖石受流水的沖蝕作用，兩岸為基巖裸露，巖質(zhì)較新鮮完整，均屬弱風(fēng)化狀巖體，工程地質(zhì)條件較好，壩基整體承載力及抗滑穩(wěn)定問題不大。

建議：①如第四系沖洪積層不厚，即應(yīng)把松散層全部清除至基巖層；如沖洪層較厚（大于5m）時，可在壩軸線河道內(nèi)作適當(dāng)（不少于3.5m）的清基處理；②地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值（fk）取350KPa，變形模量（E0）取26MPa；③進(jìn)水口上邊坡設(shè)擋墻護(hù)砌；壩址上下游可適當(dāng)作護(hù)坦的抗沖刷防護(hù)措施。

4.水電站取水壩的設(shè)計

4.1取水口位置選定

勐外壩河二級水電站為引水式徑流電站，電站引水系統(tǒng)采用無壓方式。取水壩位于勐外壩河干流上，壩址處河谷狹窄，壩址海拔1468m。河道寬8m，河谷成V字型，左右兩岸較陡。取水壩軸線上下游50m河道均轉(zhuǎn)了近90°彎，壩址處軸線較短，具有良好的建壩條件。壩址以上地形較為開闊，取水壩建成以后，可有約1000方左右?guī)烊?，考慮將取水壩以上庫區(qū)作為沉沙池。

4.2取水壩

4.2.1壩體尺寸的擬定

根據(jù)取水口地形條件以及當(dāng)?shù)亟ㄖ牧锨闆r，取水壩采用漿砌石溢流壩。取水壩河床高程為1468m，引水渠道進(jìn)口底板高程為1472m，進(jìn)水口采用折線型實用堰，堰寬δ=6.0m。閘室底板寬為1.2m。正常取水時，閘門全開，根據(jù)水力學(xué)計算公式條件，水流的出流為閘孔出流，取水閘閘孔尺寸為1.2×1.2m，取水口取水流量為渠道設(shè)計流量時，閘孔開度為0.97m，為了保證電站取水，考慮閘室進(jìn)口及閘室水頭損失，選定溢流壩頂高于取水閘門頂0.23m，為1473.20m。

擬定沖沙閘底板高程為河床高程即1470.00m，閘孔尺寸為0.8×0.8m。

4.2.2壩頂高程、寬度確定

①壩頂高程。

取水壩溢流段采用曲線型實用堰，溢流口寬為10m，溢流段壩頂高程1473.20m。根據(jù)水文分析計算，壩址處設(shè)計（p=10%）洪峰流量Qmax=38.40m3/s；校核（p=2%）洪峰流量Qmax=53.80m3/s，壩面溢流采用公式Q=mB3/2 計算求得：

設(shè)計堰上水頭： H設(shè)=1.44m， Qmax=38.4m3/s。

校核堰上水頭： H校=1.61m， Qmax=53.80m3/s。

壩頂高程為校核洪水位加壩體超高，壩體超高根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）規(guī)定，二級站取水壩為5等建筑物超高應(yīng)大于0.2m，取0.39m，故壩頂高程取為1475.20m。

②壩頂寬度。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，擬定溢流段壩頂寬度為2.0m，非溢流段壩頂寬度為2.5m。

4.2.3取水壩特征水位的確定

沖沙閘底板高程：1470.00m

進(jìn)水閘底板高程：1472.00m

溢流段壩頂高程：1473.20m

設(shè)計洪水位：1474.64m

校核洪水位：1474.81m

4.2.4壩體體型尺寸擬定

取水壩為漿砌石溢流壩，非溢流段壩頂高程1475.20m。溢流段壩頂高程1473.20m。最大壩高6.2m，壩頂長22.87m。壩體上游坡比為鉛直，溢流段下游坡比為1：0.7。壩頂進(jìn)口以出口采用半徑為1.0m及1.5m的圓弧段連接，溢流口末端采用一半徑為1.5m的反弧段連接。溢流段出口為原河床，出口采用挑流消能。

4.3取水閘

取水閘位于取水壩右岸，閘體采用C20鋼筋砼，底板高程為1472.00m。取水閘孔口尺寸為1.2m×1.2m（寬×高）。閘前設(shè)一攔污柵，閘體與渠道設(shè)相連接（詳見結(jié)構(gòu)圖）。閘頂平臺高程為1475.20m，閘門啟閉采用手動加電動帶10TLG啟閉機(jī)啟閉。

水力計算：

根據(jù)結(jié)構(gòu)布置，取水閘過閘水流按閘孔出流計算，設(shè)計取水流量為1.90m3/s。按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）進(jìn)行泄流能力復(fù)核。取水閘過水流量與閘門開啟度見表1。

4.4沖沙閘

沖砂閘位于取水壩右岸，與取水壩緊相連。沖砂閘閘體采用C20鋼筋砼，底板高程為1470.00m。閘孔尺寸：寬×高=0.8m×0.8m。閘門啟閉采用手動加電動15TLG啟閉機(jī)啟閉，啟閉機(jī)平臺位于壩頂。根據(jù)電站取水壩壩址處水文報告對泥沙分析計算，多年平均來沙量為23.11萬T，需定時對泥沙進(jìn)行沖沙，閘門開啟度與沖沙流量見閘門開度與流量關(guān)系表1。

表1勐外壩河二級站閘門開度與流量關(guān)系表

在沖沙期間建議采用沖沙流量為2.5～3.0m3/s。

4.5壩體穩(wěn)定計算

4.5.1荷載計算與荷載組合

荷載計算：

①水壓力。

②壩體自重。

③淤沙壓力。

④動水壓力。

⑤揚(yáng)壓力。

⑥地震荷。

荷載組合見表2。

表2 荷 載 組 合 表

4.5.2穩(wěn)定計算

根據(jù)攔河壩設(shè)計剖面，對溢流壩段、擋水壩段，按抗剪強(qiáng)度公式，沿建基面進(jìn)行了抗滑穩(wěn)定計算，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見表3。

表3 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算表

由表可見，各壩段的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范規(guī)定的安全值。

5.結(jié)束語

勐外壩河二級水電站水資源條件優(yōu)越，來水量穩(wěn)定，工程區(qū)無不良地質(zhì)現(xiàn)象，具備建站條件。通過工程建設(shè)，可以提高當(dāng)?shù)厝嗣裆钏?，增加財政收入，解決當(dāng)?shù)厝藛T就業(yè)，加快小康社會建設(shè)步伐，為新農(nóng)村的建設(shè)打下基礎(chǔ)。同時合理利用了當(dāng)?shù)刎S富的水資源，避免了森林資源的大量損耗，對保護(hù)地區(qū)生態(tài)環(huán)境，減少溫室效應(yīng)作出了貢獻(xiàn)。

勐外壩河二級水電站取水壩按設(shè)計建成，工程建成后運(yùn)行正常，壩體穩(wěn)定，滿足取水、泄洪功能。運(yùn)行管理方便。