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(kù)，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。
1、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(jù)壩址的自然條件、建筑材料、施工場(chǎng)地、導(dǎo)流、工期、造價(jià)等綜合比較選定。每個(gè)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(fā)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(fā)電，或存儲(chǔ)水源、灌溉。我國(guó)有豐富的江川河流，水電站發(fā)電獨(dú)占鰲頭。2013年水電站發(fā)電消費(fèi)為206.3 Mtoe(百萬噸油當(dāng)量)，占世界總量的24%，按照1噸油當(dāng)量=1.5噸煤計(jì)算，相當(dāng)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(dǎo)流孔。
世界十大拱壩工程分布在亞洲、歐洲兩大區(qū)域。中國(guó)在十大拱壩上占據(jù)五個(gè)席位，分別為：錦屏一級(jí)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)。
拱壩幾何形狀復(fù)雜，施工難度大。拱壩在拱與梁的共同作用下，承受負(fù)荷，它的穩(wěn)定性依靠?jī)砂豆岸说姆戳ψ饔茫瑢?duì)基地的要求高。拱壩壩身可以泄水，不設(shè)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(fù)荷作用下，主要依靠壩體產(chǎn)生的抗滑力滿足穩(wěn)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。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在各國(guó)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(guī)模最大的混凝土重力壩，壩高181米、壩長(zhǎng)2335米、壩頂寬度40米、壩底寬度115米。它位于中國(guó)湖北省宜昌市境內(nèi)，距下游葛洲壩水利樞紐工程38公里，年發(fā)電量為985億千瓦小時(shí)，是當(dāng)今世界最大的水利發(fā)電工程——三峽水電站的主體工程、三峽大壩旅游區(qū)的核心景觀、三峽水庫(kù)的東端。
在大江大河上建設(shè)大壩多選用重力壩;山區(qū)狹窄河道，且壩肩地質(zhì)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(duì)水庫(kù)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(kù)則越大，調(diào)節(jié)性能就越好，能夠起到為電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相的作用。而影響壩高的因素很多，包括地質(zhì)、地形、電力需求等。
2、水電站特征水位介紹
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(shè)計(jì)洪水水位、校核洪水位等。
死水位是在正常運(yùn)行時(shí)，水庫(kù)消落的最低水位，死水位以下的水庫(kù)容積是死庫(kù)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(shè)計(jì)蓄水位，是水庫(kù)最重要的一項(xiàng)特征水位，是擋水建筑物穩(wěn)定計(jì)算的依據(jù)。當(dāng)采用無閘門控制泄洪建筑物時(shí)，它與泄洪堰頂高程相同;當(dāng)采用閘門控制泄洪建筑物時(shí)，閘門關(guān)閉，它是允許長(zhǎng)期維護(hù)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(kù)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?gòu)d電站水庫(kù)，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(guī)律可循的河流。汛期洪水發(fā)生時(shí)間不大穩(wěn)定，對(duì)于洪水出現(xiàn)不定期或全年多次洪峰的情況，需要在任何時(shí)候預(yù)留出防洪所需的庫(kù)容，汛限水位可以與正常蓄水位重合。
防洪限制水位是水庫(kù)調(diào)節(jié)后達(dá)到的壩前最高水位，防洪高水位是壩前達(dá)到的最高水位，只有在水庫(kù)對(duì)下游防洪時(shí)，才需要確定這一水位。這一水位可采用相應(yīng)的下游防洪標(biāo)準(zhǔn)的各種典型洪水，按照擬定的防洪調(diào)度模式設(shè)計(jì)。為了保障汛期水庫(kù)防洪，水庫(kù)會(huì)在汛期沒到時(shí)，騰出庫(kù)容。汛限水位以上的庫(kù)容是作為滯蓄洪水的庫(kù)容，在發(fā)生洪水的時(shí)候，水庫(kù)才允許超過防洪限制水位來泄洪，洪水消退，如汛期未過，應(yīng)盡快地泄洪，使水庫(kù)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(shè)計(jì)洪水水位和校核洪水位。
設(shè)計(jì)洪水水位是擋水建筑穩(wěn)定計(jì)算的主要依據(jù)，是水庫(kù)遇到大壩的設(shè)計(jì)洪水時(shí)，在壩前達(dá)到的最高水位。
校核洪水位是水庫(kù)在正常運(yùn)作下，短期允許達(dá)到的最高水位，是確定大壩頂高進(jìn)行安全校核的依據(jù)。校核洪水位與防洪限制水位之間的庫(kù)容是調(diào)洪庫(kù)容，校核洪水位以下的庫(kù)容為總庫(kù)容。
3、水電站大壩防洪調(diào)度
防洪泄洪關(guān)系民生，大壩在防洪泄洪方面起到重要的作用。舉個(gè)例子，三峽大壩設(shè)計(jì)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(kù)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(zhǔn)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(cái)產(chǎn)安全。
泄洪，是水庫(kù)里的水不急著用于發(fā)電，直接從大壩通過。水壩、水庫(kù)和水電站作用是通過攔蓄洪水，蓄洪補(bǔ)枯，在調(diào)節(jié)水資源的同時(shí)壅高水位發(fā)電。泄洪需要進(jìn)行防洪調(diào)度，滿足蓄洪補(bǔ)枯。
以三峽為例子，它的可調(diào)度庫(kù)容221億立方米，長(zhǎng)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(kù)容發(fā)揮作用，需要防洪調(diào)度，保障庫(kù)容擁有221億庫(kù)容防洪能力。進(jìn)入汛期，三峽水庫(kù)的水位不能超過145米高程。
防洪調(diào)度的目的是要保障水庫(kù)防洪作用。還是以三峽水庫(kù)為例，一旦三峽水庫(kù)不能再規(guī)定時(shí)間內(nèi)把發(fā)電水位降到最低，必須通過泄洪讓水庫(kù)水位保持到汛限水位。
20世紀(jì)90年代，水電站大壩對(duì)幾場(chǎng)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(fēng)險(xiǎn)。防止洪水漫壩、潰壩，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處，也被越來越多的人們所重視。
評(píng)論