水電站設(shè)計(jì)方案的比選與優(yōu)化淺析

【摘要】近些年以來(lái)，城鄉(xiāng)各地都在著手構(gòu)建較大規(guī)模的水電站，而與之相應(yīng)的設(shè)計(jì)模式也在獲得顯著改進(jìn)。實(shí)質(zhì)上，水電站本身包含了復(fù)雜度較高的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此在客觀上增大了方案設(shè)計(jì)時(shí)的難度。在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的全過(guò)程中，作為設(shè)計(jì)人員通常需要兼顧多樣化的要素，其中包含壩址選擇、整體性的工程布置以及其他要素。因此可見(jiàn)，針對(duì)各種類型的水電站建設(shè)而言，與之有關(guān)的方案模式都應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)為顯著差異。通過(guò)運(yùn)用全方位的優(yōu)化對(duì)比，就能為其提供可行性更強(qiáng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施。

【關(guān)鍵詞】水電站設(shè)計(jì)方案；比選；優(yōu)化

從基本特征來(lái)講，建設(shè)水電站的關(guān)鍵應(yīng)當(dāng)落實(shí)于先期性的水電站設(shè)計(jì)。這是由于，水電站設(shè)計(jì)是否符合了最根本的設(shè)計(jì)指標(biāo)，較大程度決定著整個(gè)水電站具備的穩(wěn)定性以及運(yùn)行實(shí)效性。在選擇不同類型的設(shè)計(jì)方案時(shí)，通常都要兼顧多層次的要素，運(yùn)用綜合對(duì)比的手段與措施來(lái)提供全方位的設(shè)計(jì)參考。設(shè)計(jì)人員如果能選擇與之相適應(yīng)的水電站壩址，并且優(yōu)化整個(gè)流程的水電站設(shè)計(jì)，那么將會(huì)有助于突顯更高層次的運(yùn)行效益，同時(shí)也有助于減少綜合成本。

一、選擇合適的壩址

通常情況下，選擇壩址的全過(guò)程都會(huì)涉及到相對(duì)復(fù)雜的各類要素，其中典型為當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的環(huán)境要素、施工流程的便利性、壩體類型以及地質(zhì)條件等。這是因?yàn)?，選擇不同壩址也就意味著施工流程具備的差異性。因此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)人員針對(duì)壩址選擇通常都要兼顧如下的關(guān)鍵性要素：

首先是基礎(chǔ)地質(zhì)要素。具體來(lái)講，建造水電站的現(xiàn)場(chǎng)地形應(yīng)當(dāng)具備優(yōu)良的特性，最好將其建立于峽谷或者丘陵等特殊地勢(shì)之上。在必要的時(shí)候，針對(duì)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的某些特殊地質(zhì)還能夠加以有序利用，以便于節(jié)省更多的建設(shè)資金，對(duì)于綜合性的工程量也能予以適度降低。

其次是壩體形狀的要素。在選擇不同類型的壩體形狀時(shí)，根本宗旨在于保證其應(yīng)當(dāng)具備的庫(kù)容總量，最好將其限制于集水盆地的范圍內(nèi)。這是因?yàn)椋璧乇旧砭邆湎鄬?duì)顯著的地勢(shì)落差，因而蘊(yùn)含了更大的水能總量。如果選擇在此處建設(shè)壩體，則能夠擁有更高層次的綜合性建設(shè)效益。

第三是潛在性的地質(zhì)災(zāi)害。在比對(duì)不同種類的建設(shè)方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)兼顧地質(zhì)災(zāi)害被誘發(fā)的潛在可能性。具體來(lái)講，設(shè)計(jì)人員有必要避開(kāi)滑坡或者坍塌可能性較大的地帶。如果將其設(shè)計(jì)在平原或者丘陵地帶，則要密切關(guān)注浸沒(méi)庫(kù)區(qū)的隱患與威脅，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)杜絕居民區(qū)或者農(nóng)田受到過(guò)多的淹沒(méi)。只有在全面考慮各項(xiàng)要素的前提下，才能在根本上優(yōu)化建設(shè)方案。

二、優(yōu)化布置整體性的施工方案

水電站施工包含了多層次的復(fù)雜流程與環(huán)節(jié)，因此在初期設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員就要把關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向施工方案上，對(duì)其提供綜合性的優(yōu)化方案。在建設(shè)整體水電站的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)關(guān)注特定建筑物的相互位置，因地制宜確定其適當(dāng)?shù)囊?guī)模。這是因?yàn)?，?xiàng)目建設(shè)成本以及施工進(jìn)度都有可能決定于整體性的工程布置。在優(yōu)選各種類型的設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)將其限制于最低限度的財(cái)力與物力消耗，杜絕過(guò)于強(qiáng)烈的生態(tài)干擾。

施工導(dǎo)流在各個(gè)時(shí)間段體現(xiàn)為顯著差異性，對(duì)此應(yīng)當(dāng)兼顧施工導(dǎo)流本身具備的周期特性，保證其符合最優(yōu)的導(dǎo)流性能。此外，具備消能防沖特征的泄流壩段應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成較短的，此種措施能夠?yàn)楹笃趯?dǎo)流提供更多便利性。在布置電站內(nèi)部的廠房時(shí)，最好將其設(shè)計(jì)成壩體后側(cè)的廠房，同時(shí)也要結(jié)合其自身具備的經(jīng)濟(jì)性以及綜合實(shí)效性。在優(yōu)化水電站整體性布局的同時(shí)，同樣也要關(guān)注最根本的質(zhì)量、施工進(jìn)度、安全性以及施工成本，上述要素很可能都將影響到持久性的水電站運(yùn)行。近些年以來(lái)，設(shè)計(jì)人員更多關(guān)注了水電站方案具備的環(huán)保特征，避免傷害到周邊環(huán)境。

三、優(yōu)化壩體類型的選擇

在確定壩址的前提下，就要因地制宜選出合適的壩體類型，也就是壩體的形態(tài)特征。在此過(guò)程中，針對(duì)施工要求、技術(shù)條件以及經(jīng)濟(jì)狀況都應(yīng)當(dāng)予以全面考量。不同類型的壩址具備各異的地質(zhì)狀況以及自然條件，而與之密切相關(guān)的經(jīng)濟(jì)性能也是帶有差異性的。結(jié)合上述的差異性，對(duì)于混凝土面板、混凝土構(gòu)成的重力壩、拱壩以及心墻堆石壩等關(guān)鍵性的構(gòu)件都要給予慎重選擇。相比來(lái)看，混凝土制作而成的重力壩更加能夠適應(yīng)多樣化的地形與地質(zhì)，同時(shí)也適合建造在地基不均勻的特殊環(huán)境中。

設(shè)計(jì)壩體可能會(huì)涉及到泄水孔口，對(duì)此應(yīng)當(dāng)兼顧導(dǎo)流性能與泄洪性能。堆石壩具備優(yōu)良的綜合性能，其中典型應(yīng)當(dāng)包含混凝土鋼筋的斜墻以及心墻堆石壩等。相比來(lái)看，堆石壩可以適應(yīng)多樣化的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)，借助天然材料就能進(jìn)行相應(yīng)的施工，因此體現(xiàn)為簡(jiǎn)易的施工流程。此外，如果選擇了拱壩作為水電站施工的根基，則有必要保持其應(yīng)有的均勻度，確保各個(gè)位置都能承受特定限度的應(yīng)力作用。

拱壩結(jié)構(gòu)具備輕質(zhì)與抗震性的良好性能，壩體重量相對(duì)較輕，因此構(gòu)成了超靜定的典型結(jié)構(gòu)。然而在施工時(shí)，針對(duì)拱壩施工也要設(shè)計(jì)相對(duì)較高的各項(xiàng)施工性能指標(biāo)。在某些情況下，施工方單純關(guān)注了拱壩具備的抗震特性，因此傾向于選擇質(zhì)地堅(jiān)硬的材質(zhì)用來(lái)完成施工流程。然而實(shí)際上，如果能夠?qū)⑵涮鎿Q為輕質(zhì)的堅(jiān)韌材料，那么有助于獲得更高層次的實(shí)效性。

結(jié)束語(yǔ)：

在水電站建設(shè)的整個(gè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)方案應(yīng)當(dāng)構(gòu)成其中關(guān)鍵性的要素。這是因?yàn)椋槍?duì)水電站建設(shè)如果沒(méi)有設(shè)置可行性較強(qiáng)的整體方案，那么將會(huì)減損后期相應(yīng)的建設(shè)效果。因此可以得知，對(duì)比與選擇設(shè)計(jì)方案應(yīng)當(dāng)被置于首要性的位置，依照統(tǒng)籌兼顧的根本思路來(lái)實(shí)現(xiàn)全方位的設(shè)計(jì)模式優(yōu)化。未來(lái)在實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員還需不斷的探究，密切關(guān)注項(xiàng)目建設(shè)的周期、水電站建設(shè)質(zhì)量以及多層次的技術(shù)要素，確保從源頭入手來(lái)優(yōu)化其經(jīng)濟(jì)性并且提升實(shí)效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]韋小娜. 水電站設(shè)計(jì)方案的比選與優(yōu)化研究[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（26）：75.

[2]杜飛龍，王友樂(lè). 基于CATIA二次開(kāi)發(fā)的重力壩三維模型構(gòu)建[J]. 水電能源科學(xué)，2017，35（04）：85-89.

[3]伍小玉，張建民，王曉安. 黃金坪水電站泄水建筑物布置優(yōu)化試驗(yàn)研究[J]. 水力發(fā)電，2016，42（03）：31-34.

[4]王新強(qiáng)，張根廣，徐龍飛. 當(dāng)卡水電站消力池的優(yōu)化試驗(yàn)研究[J]. 水電能源科學(xué)，2014，32（03）：122-125.

[5]張子樹(shù)，劉本延. 門坎灘水電站攔水壩施工圍堰方案的優(yōu)化選擇[J]. 小水電，2012（02）：112-114.