探究小水电水工建筑物运行管理中的问题及对策.docx

探究小水电水工建筑物运行管理中的问题及对策1、概述小水电是指装机容量小于50MW的水力发电站，一般表现为流量较小水头较高型，或流量较大水头较低型，或流量小水头低型在西南地区，多数小水电装机容量在5MW～20MW之间，其中引水式电站多数装机容量在10MW左右按建设地点和建设条件划分，小水电可分为山区小河流高水头电站或平缓区低水头电站山区小河流高水头电站建设于山区的小河（小支流）上，一般河道坡降大，以集中水头为主要目的，水头一般大于100m，具有流量小水头高的特点，多数按引水式方式开发，即引水式电站平缓区低水头电站建设于海拔较低的平缓中小型河流上，一般河道坡降平缓，以利用流量为主要目的，具有流量大水头低的特点，水头一般小于20m，多数按河床式方式开发，即河床式电站坝后式开发一般建于大中型河流上，利于大江大河的大流量并且形成高坝挡水集中水头，装机容量较大，在大中型电站中采用较多引水式电站分为有压引水式电站和无压引水式电站当引用流量较小且易于布置泄水道时通常采用无压引水方式当引用流量较大时（如大于15m3/s）或无压引水难以布置泄水道时，采用有压引水方式可能是经济的有压引水式电站的主要建筑物由挡水建筑物（大坝、水闸等）、引水建筑物（引水隧洞、倒虹吸等）、平水建筑物（调压室）、压力管道（明管、埋管及组合）、发电建筑物（主厂房、副厂房、尾水渠等）组成。

无压引水式电站的主要建筑物由挡水建筑物（大坝、水闸等）、引水建筑物（引水渠道、渡槽、引水隧洞、倒虹吸等）、平水建筑物（压力前池、泄水道）、压力管道（明管、埋管及组合）、发电建筑物（主厂房、副厂房、尾水渠等）组成引水式电站的特征主要表现在通过较长的引水线路以最大限度集中发电水头，引水线路长多数在2～5km之间，部分长达10km余，压力管道长多数在0.3～1km之间，部分长达3km余小水电中河床式电站通常采用水闸挡水兼泄洪和河床式发电厂房挡水兼引水发电，当坝轴线较长时也可采用重力坝或土石坝及组合方式挡水泄洪，枢纽布置较为紧凑在小水电中，河床式电站较少，以采用无压引水式电站为最多相对来说，无压引水式电站的水工建筑物较为容易出现问题，运行维护工作量较大结合丰甸河二级电站（12.6MW，2008年发电）、老王庄电站（9.6MW，2007年发电）、妥洛电站（30MW，2005年发电）、牛栏沟电站（24.8MW，2012年发电）等的实际运行情况，对小水电建筑物运行中的一些问题和处理措施进行论述2、水工建筑物运行维护2.1无压引水式电站2.1.1大坝枢纽无压引水式电站中的大坝较低，只需满足拦挡取水高度即可，一般不大于15m，一般选择重力坝兼挡水和泄洪，岸边设置取水闸和冲沙放空闸。

大坝和首部枢纽的常见问题有：1）大坝及取水口泥沙淤积由于山区河流洪水常常陡涨陡落，且河道狭窄、坡降大，洪水时往往携带大量泥沙，加之坝高较低、基本无库容，洪水过后有大量泥沙堆积于坝前，严重时堵塞取水口，影响电站正常取水发电2）坝后消力设施的损坏小水电中的坝后消能往往得不到足够重视，逐年的洪水冲刷将不断加剧建筑物表面的损坏，进而威胁着坝体的稳定3）冲沙闸门槽边缘和底板的冲刷破坏冲沙闸运行水位较高且携带泥沙，运行时冲刷较为严重，常常在门槽边缘和底板造成冲刷破坏，出现冲沙闸漏水但由于无其它放水设施放空检修，造成冲沙闸的运行维护较为困难4）大坝泥石流淤积若大坝上游不远处存在冲沟，则此冲沟在暴雨时就有发生泥石流的风险，泥石流直接冲向大坝和取水口造成堵塞针对以上情况，建议：①考虑设置二孔冲沙闸的布置方式冲沙闸的作用主要为放空，实际中泄洪冲沙的功能运用较少布置为2孔后，可设计孔口为窄高型，闸门宽度可比取水闸稍小，这样可实现冲沙闸的轮换放空检修；②加强运行管理，洪水期适当调节冲沙闸门开度，及时冲走汛期泥沙；③设计和施工中重视高流速易冲刷部位，精心设计、精心施工；④对小水电混凝土建筑物损坏部位的修复，考虑到工程量小的特点，经济有效的方法主要以原设计结构和原材料恢复为主；⑤勘察设计阶段需重视坝前临近冲沟的勘察，防止出现泥石流对大坝造成影响。

2.1.2引水渠道无压引水电站中，引水渠道[2]由于具有较强的经济优势，成为采用较多的一种引水方式，也是运行管理中出现问题最多的水工建筑物，主要有：1）渠道上边坡坍塌影响上边坡坍塌往往造成渠道阻塞，有的甚至推移和砸坏盖板造成阻塞，造成较大的停电恢复损失2）渠道下边坡坍塌影响下边坡坍塌将对渠道的基础和外边墙的稳定造成影响，若地下水丰富或渠内有渗漏时，将加剧下边坡的坍塌3）滚石、落石的影响建于高陡边坡的渠道，渠道上边坡会存在孤石或破碎岩石，在外力（人为、动物、雨水等）作用下，会出现向下游滚动，巨大的冲击力对渠道或盖板造成较大损坏或堵塞若渠道经过岩体边坡时，若岩体边坡未按稳定坡比放坡，或未开展防止岩体风化的治理措施，渠道上方岩石将逐渐风化、松动等失稳，砸向渠道或渠道盖板4）冲沟处泥石流影响若山区渠道线路经过冲沟，需注意冲沟有发生泥石流的可能，造成渠道自身稳定影响或泥石流进入渠道形成堵塞5）渠内水流的冲刷影响若渠道坡比过大，或转弯半径太小，将加剧水流对渠道迎水面的冲刷，不断的冲刷累积将造成渠道渗漏6）地基过大沉降影响地基的过大沉降将拉坏止水或对渠道整体稳定产生影响7）结构选型和施工质量影响渠道一般采用浆砌石结构或混凝土结构，从实际情况看，浆砌石结构受施工质量不宜控制等影响更容易遭受损坏。

针对以上情况，建议：①设计中尽量选择地形地质条件较好的线路，尽量避开高陡边坡，尽量避开冲沟；②渠道地基应尽量置于稳定密实的原状岩土体之上，土质地基需设置浆砌石垫层等措施，且渠道外边缘应留足足够的保护层厚度对于软基上的渠道改造，可考虑高强PE波纹管方式，能适应部分地基变形，且施工速度快、造价较低，此种方式在兰坪县丰甸河二级电站中应用，效果较好；③渠道采用预制混凝土盖板或现浇混凝土整体式盖板，以防上边坡坍塌、滚石、落石等的影响对经过冲沟处或易受损坏处渠道，需设置整体式盖板，配置稍密钢筋网有的工程在盖板上覆土成斜坡状，以减轻滚石等的冲击破坏；④渠道结构型式尽量采用整体性较好的钢筋混凝土结构；⑤设计中保持水流尽量平顺，采用较大的转弯半径；渠道底坡坡比不易过大，控制好防冲刷流速；⑥对坍塌处通常采用挡土墙保护和加固，挡土墙结构型式建议选择为埋石混凝土结构，由于浆砌石施工受人为因素更大、整体性更差的原因，不建议采用浆砌石结构2.1.3前池前池在运行维护中，通常出现如下问题：1）污物堵塞拦污栅树叶、树枝等漂浮物往往堵塞拦污栅，严重时影响取水能力2）泥沙沉积严重汛期水流混浊，多数悬移质泥沙将进入渠道，部分在前池内沉积，未沉积的泥沙进入水轮机造成磨损。

建议：①在地形地质条件允许时，尽量在坝后设置沉沙池，同时考虑沉沙池处再次拦污措施对设置在前池处的压力管道进水口，条件允许时，应尽量加大拦污栅面积，设计中采用较低的过栅流速；②沉积在池内的泥沙清除措施，往往采用人力挖装配合简易提升设备的方式2.1.4泄水道无压引水式电站中，当前池容积较小没有调节能力时，为保证紧急停机情况下的泄水安全，需在前池附近设置泄水道由于前池一般布置高程较高，泄水道的长度一般随电站水头的增加而增加，末端一般流向原引水河道，泄水道线路底坡坡度通常较大由于泄水道使用的概率较低，往往不被重视，成为较易出现问题的建筑物，主要有：1）泄水道未衬砌或未完整衬砌，而泄水流速高，导致对泄水道冲沟及两侧边坡冲刷严重随着环保意识的加强，泄水道的冲刷应引起高度重视2）有的工程在泄水道出口河道处，形成体积较大的冲刷堆渣，侵占了原河道断面，同时成为泥石流的固体物来源，对下游厂房构成威胁建议：①应认识到，泄水道的衬砌加固是必要的，应在建设期间就保证泄水道的衬砌投入使用当冲刷后再治理再衬砌，将造成更大的损失和环境影响；②对泄水道的设计和治理措施，从水力学方面考虑，优先采用陡坡跌水建筑物沿线治理；其次考虑普通钢筋混凝土渠道型式，底板采用台阶式逐级消能，或考虑分级设置简易消力池，在陡坡段、由缓变陡段、转弯段等水流易漫部位进行封闭式设计。

有的工程曾考虑采用压力钢管方式泄水供比选，但由于水力运行条件不佳、经济性差等因素，予以舍弃若泄水道出口需设置沿河挡土墙，建议采用埋石混凝土结构，在有的工程中采用浆砌石挡墙，由于洪水冲刷大、表面粗糙、整体性差等因素，时常被损坏2.1.5压力管道无压引水式电站中的压力管道，通常采用露天式明管常出现的问题有：1）排水沟堵塞2）管道两侧边坡的坍塌3）压力钢管的锈蚀建议：对于排水沟堵塞和边坡坍塌，加强巡检，并及时清理即可；对压力钢管的锈蚀，需定期进行防腐蚀保护另外，运行中需时常观测镇墩、支墩的位移和地基变形情况2.1.6发电厂房及尾水渠发电厂房一般布置于河道岸边较平缓处，常见的问题有：1）防洪墙高度不够有的工程由于厂房建设时占据了部分河道，减小了原河道的行洪断面，而设计中忽略了这种影响，导致防洪墙高度不够有的工程由于厂房附近原河道泥沙堆积，进而抬高了防洪起算水位，导致防洪墙高度不够2）屋面防水失效老化，出现渗水漏水3）尾水渠的冲刷和气蚀经过水轮机的水流也具有较高的流速，特别是对经过冲击式水轮机的水流，需要负吸出高度，水流对尾水渠起始段的冲刷较为明显2.2有压引水式电站与无压引水式电站相比，有压引水式电站的主要不同之处在于，采用压力引水隧洞和调压井。

常出现的问题有：1）压力隧洞未衬砌段的坍塌当围岩地质条件较差时，隧洞在长期压力水的作用下，岩体物理力学参数发生变化导致坍塌2）压力隧洞内泥沙淤积，部分泥沙进入水轮机造成磨损建议：①考虑到长期压力水状态下运行的影响和失事后的停电损失等，建议压力隧洞爆破效果较好的Ⅰ类、Ⅱ类围岩可不衬砌外，其余围岩地质条件下均需全断面钢筋混凝土衬砌；②减少洞内泥沙淤积，设计中可考虑研究改善首部取水的布置方式，或考虑洞内条件合适处扩挖（两侧和底板）设置集沙坑，布置小断面冲沙洞与集沙坑连接，将泥沙冲向洞外河道或冲沟2.3河床式电站河床式电站水工建筑物种类较少，常出现的问题有：1）库岸边坡坍塌水库蓄水后，受库水的浸泡或地下水位的抬高，库岸边坡在地质条件较差时容易失稳滑动坍塌2）下游河道淤积，尾水水位抬高经过闸坝拦蓄，将改变原河道汛期的泥沙运动状态，而偶尔的泄洪冲沙不会将泥沙全部带走，部分泥沙将逐年堆积于河道内，导致尾水河道逐年抬高，减小贯流式机组[9]的的有效发电水头差，发电量减小有的工程存在勘测工作深度不够，河道水下地形测量误差大，导致原始河床即高，运行时达不到设计出力有的工程在施工期间，渣料残存在河道内，完工时未彻底清除干净，也导致尾水水位抬高。

建议：①河床式电站中的勘察测量工作显得尤为重要，对于库岸边坡坍塌，需要加强勘察和设计分析，避免出现大规模的滑坡和坍塌；对于地形测量导致的尾水位抬高，前期工作中应提高测量工作的准确度，及考虑后期清理的可行性；②对于下游河道淤积清理措施，需要根据每年运行的淤积情况确定，清理频率可根据清理后增加的发电收益与清理费用相比较确定3、结语总之，减少小水电水工建筑物在运行管理中出现的问题，需要重点考虑以下方面：1）把好勘察和设计关，从源头上减少问题勘察和设计工作中，应该详细勘察、精心设计、全面分析、狠抓细节、有的放矢，把将会出现或可能出现的问题消除在前期工作中同时，设计单位的经验也是重要的，建议设计单位实行对已建工程的考察回访和交流制度，以提高设计人员的技术水平，为后续工程的良好设计奠定基础2）施工过程中需严控施工质量工程实践表明，施工质量对工程的耐久性和结构稳定起着十分重要的作用3）加强运行维护管理，及时发现隐患并消除，防止问题扩大加剧，避免酿成事故4）加固治理改造措施，需根。