水電站大壩如何實現防洪泄洪？

2022-09-20 23:38:56 來源：

（原標題：水電站的大壩如何實現防洪泄洪的）

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　　水電站所有的建筑物都有其特有的功能，它們可以用于攔截河流、集中落差、形成水庫，其中最為常見的就是水電站大壩、水閘擋水等。大壩在防洪泄洪方面起到重要的作用。

　　水電站大壩類型

　　壩，作為水利樞紐，主要功能是擋水防洪。大壩的類型根據壩址的自然條件、建筑材料、施工場地、導流、工期、造價等綜合比較選定。每個水電站大壩都必有的部分是擋水壩段。

　　通常來說，大壩分為土壩、重力壩、混凝土面板堆石壩、拱壩等。有些水電站的發電廠房也是大壩的一部分。

　　水電站大壩在溪流、河流、河口作為屏障，防洪泄洪，用水力發電，或存儲水源、灌溉。我國有豐富的江川河流，水電站發電獨占鰲頭。2013年水電站發電消費為206。3 Mtoe(百萬噸油當量)，占世界總量的24%，按照1噸油當量=1。5噸煤計算，相當于3億噸煤。

　　下面主要分析拱壩、重力壩。

　　拱壩是建筑在峽谷中的攔水壩，做成水平拱形，凸邊面向上游，兩端緊貼著峽谷壁，通常壩身還有泄洪孔、導流孔。

　　世界十大拱壩工程分布在亞洲、歐洲兩大區域。中國在十大拱壩上占據五個席位，分別為：錦屏一級壩(壩高305米)、小灣壩(壩高292 米)、溪洛渡壩(壩高285。5米)、拉西瓦壩(壩高250米)、二灘壩(壩高240米)。

　　錦屏一級拱壩，來源：中國水利水電科學研究院

　　拱壩幾何形狀復雜，施工難度大。拱壩在拱與梁的共同作用下，承受負荷，它的穩定性依靠兩岸拱端的反力作用，對基地的要求高。拱壩壩身可以泄水，不設永久性伸縮縫，抗震性能好。

　　重力壩，由砼或漿砌石修筑的大體積檔水，基本剖面是直角三角形，整體是由若干壩段組成。在水壓力和其負荷作用下，主要依靠壩體產生的抗滑力滿足穩定要求。筑壩材料為混凝土或漿砌石。重力壩可能有船閘、魚道、沖砂孔。

　　重力壩，來源：廣東省中國水利水電科學研究院

　　據統計，在各國修建的大壩中，重力壩在各種壩型中往往占有較大的比重。比如，三峽大壩，是世界上規模最大的混凝土重力壩，壩高181米、壩長2335米、壩頂寬度40米、壩底寬度115米。它位于中國湖北省宜昌市境內，距下游葛洲壩水利樞紐工程38公里，年發電量為985億千瓦小時，是當今世界最大的水利發電工程——三峽水電站的主體工程、三峽大壩旅游區的核心景觀、三峽水庫的東端。

　　在大江大河上建設大壩多選用重力壩；山區狹窄河道，且壩肩地質承載力好的話，使用拱壩小型的橡膠壩。重力壩一般用混泥土或塊石混泥土作為筑壩材料。對水庫蓄水電站而言，也有很多是用就近取土作為筑壩材料。一般來說，大壩高度越高，水庫則越大，調節性能就越好，能夠起到為電力系統調峰、調頻、調相的作用。而影響壩高的因素很多，包括地質、地形、電力需求等。

　　水電站特征水位介紹

　　水電站水位介紹圖示一，來源：網絡

　　水電站的特征水位主要有死水位、正常蓄水位、汛限水位、防洪限制水位、防洪高水位、設計洪水水位、校核洪水位等。

　　死水位是在正常運行時，水庫消落的最低水位，死水位以下的水庫容積是死庫容，一般是為了保持水電站有一定的工作水頭，不被利用。

　　正常蓄水位，又稱正常高水位、興利水位、設計蓄水位，是水庫最重要的一項特征水位，是擋水建筑物穩定計算的依據。當采用無閘門控制泄洪建筑物時，它與泄洪堰頂高程相同；當采用閘門控制泄洪建筑物時，閘門關閉，它是允許長期維護的最高蓄水位。

　　汛限水位是指汛期為滿足防洪要求，限制水庫興利允許的上限水位，低于正常蓄水位。汛限水位可以與死水位重合，如北京官廳電站水庫，正常蓄水位479m，死水位及汛限水位為476m。汛限水位也可以介于蓄水位和死水位之間，適用于有一定規律可循的河流。汛期洪水發生時間不大穩定，對于洪水出現不定期或全年多次洪峰的情況，需要在任何時候預留出防洪所需的庫容，汛限水位可以與正常蓄水位重合。

　　防洪限制水位是水庫調節后達到的壩前最高水位，防洪高水位是壩前達到的最高水位，只有在水庫對下游防洪時，才需要確定這一水位。這一水位可采用相應的下游防洪標準的各種典型洪水，按照擬定的防洪調度模式設計。為了保障汛期水庫防洪，水庫會在汛期沒到時，騰出庫容。汛限水位以上的庫容是作為滯蓄洪水的庫容，在發生洪水的時候，水庫才允許超過防洪限制水位來泄洪，洪水消退，如汛期未過，應盡快地泄洪，使水庫水位迅速回降到防洪限制水位。如上圖所示，防洪限制水位一般低于設計洪水水位和校核洪水位。

　　設計洪水水位是擋水建筑穩定計算的主要依據，是水庫遇到大壩的設計洪水時，在壩前達到的最高水位。

　　校核洪水位是水庫在正常運作下，短期允許達到的最高水位，是確定大壩頂高進行安全校核的依據。校核洪水位與防洪限制水位之間的庫容是調洪庫容，校核洪水位以下的庫容為總庫容。

　　水電站大壩防洪調度

　　防洪泄洪關系民生，大壩在防洪泄洪方面起到重要的作用。舉個例子，三峽大壩設計最高蓄水位是175米。在每年汛期，保證上游水位在145米的防洪限制水位，多出30米的庫容以迎接洪峰。洪峰后，超過145米的水量下泄，為下次洪峰做準備，下泄的水使中下游江面的水位升高，但不影響人們的生命和財產安全。

　　泄洪，是水庫里的水不急著用于發電，直接從大壩通過。水壩、水庫和水電站作用是通過攔蓄洪水，蓄洪補枯，在調節水資源的同時壅高水位發電。

　　泄洪需要進行防洪調度，滿足蓄洪補枯。

　　以三峽為例子，它的可調度庫容221億立方米，長江的年徑流量接近一萬億立方米，水量的百分之八十在雨季。為保證三峽防洪庫容發揮作用，需要防洪調度，保障庫容擁有221億庫容防洪能力。進入汛期，三峽水庫的水位不能超過145米高程。

　　防洪調度的目的是要保障水庫防洪作用。還是以三峽水庫為例，一旦三峽水庫不能再規定時間內把發電水位降到最低，必須通過泄洪讓水庫水位保持到汛限水位。

　　20世紀90年代，水電站大壩對幾場大洪水的防洪泄洪起到了重要作用，減少了洪水帶來的巨大風險。防止洪水漫壩、潰壩，實現人與自然和諧相處，也被越來越多的人們所重視。