低水头河床式电站设计回顾

　
[摘要] 本文通过作者近二十年主持参加十余座低水头河床式电站设计的亲身经历，从正常蓄水位与库区淹没、坝址选择、枢纽布置、建筑物设计优化、施工导流与工期五方面进行回顾总结，对提高低水头河床式电站的设计水平会有所裨益。
[关健词] 河床式 低水头 设计 水电站
改革开放以来，国民经济发展迅速，特别是东南部率先开放地区，相继建设了一大批低水头河床式电站。据不完全统计，已建的大、中型低水头河床式电站近百座，装机容量超过一千万千瓦，主要分布在广东、广西、湖南、湖北、四川、福建。我公司设计的已建和在建的低水头河床式电站十几座，工程特性见下表。
以前是政府建设水电站，今后主要是企业建设水电站。近几年我公司为梅雁企业（集团）股份有限公司设计的已建和在建的低水头河床式电站就有6座，装机容量一般3~4万KW，最大的23万KW。四座已经发电，两座即将发电。企业建设电站追求的主要是经济效益，电站的经济效益靠多发电、早发电以及降低工程造价。梅雁公司建设电站，杨钦欢董事长主要抓两件事，一是设计优化，二是提前发电。
作者本人主持参加低水头电站设计自长洲水电枢纽开始，相继有白石窑、丹竹、蓬辣滩水电站等上十座，历时二十余年。回顾总结低水头电站的设计经验，对提高低水头电站设计水平会有所裨益。下面从五个方面进行总结：（1）正常蓄水位与库区淹没；（2）坝址选择；（3）枢纽布置；（4）建筑物设计优化；（5）施工导流与工期。
1 正常蓄水位与库区淹没
低水头电站挡水建筑物的坝顶高程取决于设计洪水位和校核洪水位，而不取决于正常蓄水位，因此正常蓄水位的提高很少引起闸坝工程量的增加。水头增加，机组直径反而有所减少，所以厂房的工程量也不会增加。然而正常蓄水位的少许提高都会带来发电量的显著增加，因为发电量与水头、流量成正比，而且随着水头的增加，停机的时间也相对减少。诚然正常蓄水位的提高会引起库区淹没的增加，但可以采取措施减少库区淹没，例如洪水时降低水位运用、进行库区防护等。库区防护的经济性主要取决于防护堤基是否存在浅埋强透水层以及防护片排涝站的装机容量。总而言之，设计中一定要非常重视正常蓄水位的选择，研究是否存在提高的可能性，那怕提高几十厘米都好，是否有措施减少库区淹没，认真地进行经济比较。北江白石窑水电站技术经济指标的改善最主要的措施是将白石窑和沙口两级开发合并为白石窑一级开发，同时对库区采取防护；梅江三龙水电站初步设计时，将正常蓄水位由82m提到83m，装机容量由1.8万kW提高
中水珠江规划勘测设计有限公司（原珠委设计院）设计的已建和在建低水头河床式电站工程特性表

项 目 单 位 长洲
水电枢纽 白石窑
水电站 飞来峡
水利枢纽 蒙里
水电站 丹竹
水电站 蓬辣滩
水电站 丙村
水电站 三龙
水电站 龙上
水电站 红花
水电站
所在河流 西江 北江 北江 北江 梅江 梅江 梅江 梅江 梅江 柳江
坝址以上流域面积 Km2 308600 17740 34097 16750 12636 13886 8621 7326 6967 46770
多年平均流量 M3/s 6100 532 1100 509 312 343 210 180 171 1260
设计洪水流量/频率 M3/s 48700/1% 11200/1% 22700/0.2% 10000/2% 8250/2% 8730/2% 6580/2% 5430/3.33% 5270/3.33% 32700/1%
导流洪水流量/频率 M3/s 38300/10% 7860/10% 15500/5% 7730/10% 5020/20% 5360/20% 3850/20% 3440/20% 3320/20% 22500/10%
正常蓄水位 m 20.6 36.5 24.0 45.0 59.0 49.0 66.3 83.0 91.5 77.5
总库容 万M3 560000 40600 187000 18100 15000 13200 2950 3050 7042 300000
发电水头
(最大/额定) m 15.19/9.5 12.22/7.8 13.83/8.53 8.46/6.2 9.81/6.2 11.58/8.2 6.99/4.9 8.9/7.2 8.49/6.5 17/13.3
装机容量/台数 万KW 62.13/19 7.2/4 14/4 5/4 3.4/4 4.4/4 2.0/2 2.4/2 2.2/2 22.8/6
多年平均发电量 亿KW.h 28.01 2.8 5.55 1.98 1.36 1.69 0.65 0.81 0.76 8.8

{:soso_e183:}

船闸闸室尺寸
(长×宽×门槛水深) m 190×23×3.5
190×15×3.5 140×14×2.5 190×16×3 140×14×2 88×8×2 120×15×2.2 70×8×2 70×8×1.5 70×8×1.5 180×18×3
泄水闸(孔数/孔宽) M 41/16 22/10 16/14 15/14 10/14 9/14 8/14 8/14 8/14 17/16
主厂房尺寸
(长×宽×高) M 177.8×89×52.8
283.7×70.33×52.27 100.8×68.32×48 130.5×75.5×55.8 95.7×75.66×39.8 58.1×69.5×47.1 82.4×68.3×45.98 41.25×77.95×41.3 34.2×72.53×39.35 73.84×34.5×30.3 106.4×85.08×57.95
最大坝高 m 45.8 30.1 52.3 24 33 40.1 29.5 34.3 32.7 67.65
建设情况 正在建设 已竣工 已竣工 已竣工 已竣工 已竣工 已竣工 已发电 正在建设 正在建设
备注 和广西电力院合作可研、初设
到2.4万KW，年发电量由6000多万度增加到8000多万度，枢纽工程量几乎不变，防护工程量增加不很多，电站的技术经济指标大大改善，业主很满意。
2 坝址选择
坝址选择关系到枢纽运行、工程造价和工期，选择一个好的坝址可以带来巨大的经济效益。
低水头河床式电站流量大，泄水闸规模大，施工导流和施工通航难度大，在选择坝址时，首先要估算泄水闸、厂房、船闸三大建筑物的前缘长度，坝址处河床宽度宜大于三大建筑物的前缘长度，有岛屿、沙洲更好；坝址工程地质条件和水文地质条件要好。具体来说，河床覆盖层要浅，以便泄水闸采用岩基；尽量避开岩溶地段，不能避开时应选择岩溶不发育的地段；尽可能使城镇位于坝址的下游或水库末端；有利船闸布置；此外还要考虑水能指标、施工条件、水流条件等。下面以长洲水电枢纽为例（见图1）。
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