小流域小水电梯级开发的探讨

摘要：随着小水电开发的不断深入，开发方式和开发理念也在不断发生变化。针对小流域的特点，提出了水电规划和开发中应考虑的一些问题与对策，强调了梯级开发的优越性。 

关键词：小流域 小水电 水能资源 梯级开发 规划 分析 

１工程概况 
甘溪三级水电站位于浙江省临安市甘溪中游，是甘溪梯级开发的第三级水电站，属典型的中水头引水式电站。工程枢纽主要由渠首枢纽、无压输水隧洞、前池、高压管道、发电厂房和尾水渠组成。电站装机容量２×４００ｋＷ，设计水头３４．６ｍ，单机最大过流量１．５ｍ３/ｓ。多年平均发电量２２３万ｋＷ·ｈ，年利用小时数２７８８ｈ。电站出线Ｔ接至１０ｋＶ甘溪线并网，输电线路长度为５００ｍ。
甘溪是天目溪的一条支流，上游建有甘溪一级水电站和甘溪二级水电站。甘溪一级水电站装机容量２×１６０ｋＷ，坝址控制流域面积１９．６ｋｍ２，水库总库容２１４万ｍ３。甘溪二级水电站装机容量３×５００ｋＷ，利用集雨面积３３．５ｋｍ２。甘溪流域内雨量充沛，多年平均降雨量１６２５ｍｍ。多年平均气温１５．６℃，极端最高气温４１．６℃，极端最低气温－１３．２℃。
甘溪三级水电站渠首枢纽位于甘溪二级水电站尾水出口下游２０ｍ处，坝址控制流域面积４０．３ｋｍ２，区间引水集雨面积２ｋｍ２。多年平均流量１．１８ｍ３/ｓ，年径流量３７２１万ｍ３。坝址设计洪水流量３８６ｍ３/ｓ（Ｐ＝１０％），校核洪水流量５２２ｍ３/ｓ（Ｐ＝３．３３％）。工程区地质条件简单，出露基岩为奥陶系上统於潜组页岩和砂岩，河床处砂砾石覆盖层厚１～３ｍ，山坡处覆盖层厚０．５～２ｍ，两岸台地覆盖层较厚。河道中水质清澈，泥沙含量很少。
２方案选择
２．１坝址选择
甘溪三级水电站是甘溪二级水电站的下一个梯级电站，坝址选择的原则为：１）满足与上级电站尾水位的衔接；２）满足进水闸和溢流堰的布置要求；３）不淹没耕地和房屋；４）使渠首枢纽工程造价最低。根据地形地质条件，坝址选定在甘溪二级水电站尾水出口下游２０ｍ处，该段河床宽约３５ｍ，坝型采用浆砌石溢流坝。
２．２厂址选择
厂址位于潘家村乌浪口，电站尾水排入支流乌浪溪中。设计中对上厂址方案和下厂址方案进行比选，下厂址方案与上厂址方案相比，水头增加３．６ｍ，电能增加２３万ｋＷ·ｈ，效益增加９万元，投资增加２５．２万元，差额投资内部收益率３５．５％，故选用下厂址方案。
２．３无压输水系统方案选择
无压输水系统有隧洞方案和明渠结合隧洞方案两种布置形式，两方案的轴线长度基本相同。明渠结合隧洞方案是进水闸后接长度为４２５ｍ的浆砌石明渠，其后仍为隧洞。经过比较，隧洞方案较明渠结合隧洞方案减少投资６．２万元，隧洞方案日常维护工作量少，且不占林地，故无压输水系统选用隧洞方案。３主要建筑物
３．１渠首枢纽
渠首枢纽由拦河堰、进水闸和拦沙坎组成。拦河堰为折线型浆砌块石实用堰，溢流段长３１．１ｍ，堰顶高程２２４．６３ｍ，最大堰高２．２３ｍ，堰顶宽１．５ｍ，上游面垂直，下游面坡度１∶２。堰体采用Ｍ７．５浆砌块石砌筑，外包３０ｃｍ厚Ｃ２０混凝土。由于上下游水位差小，溢流堰仅设置４ｍ长的浆砌块石护坦来消能，堰体防渗采用混凝土防渗墙。
进水闸位于甘溪的左岸，紧邻甘溪二级水电站的进厂公路，采用侧向引水，引水角１５°。设置１孔宽２ｍ的闸孔，闸底板高程２２３．３５ｍ，后接无压隧洞。进水闸为胸墙式结构，闸室长４．４６ｍ，设１道拦污栅和１扇铸铁工作闸门，手动螺杆启闭机启闭，启闭机平台高程２２７．７０ｍ。由于河道中泥沙很少，且大部分淤积在上游的水库中，渠首枢纽不设置排沙设施，进水闸前设有拦沙坎，拦沙坎前考虑人工定期清沙。
３．２无压输水隧洞
进水闸至前池之间为无压隧洞段，长２３５４．９４７ｍ。根据地形条件及施工要求，无压隧洞段由１号隧洞、２号隧洞、３号隧洞和１号钢筋混凝土埋管、２号钢筋混凝土埋管组成，１号隧洞长１２４．１００ｍ，２号隧洞长８５５．４８５ｍ，３号隧洞长１３１５．３６２ｍ。１号隧洞、２号隧洞、３号隧洞之间由钢筋混凝土埋管连接，１号钢筋混凝土埋管长５０ｍ，２号钢筋混凝土埋管长１０ｍ。隧洞沿线分布的岩性为奥陶系上统於潜组砂岩、页岩互层，上覆岩体厚度３０～９０ｍ，整体性较好，属Ⅱ～Ⅲ类围岩。隧洞断面采用城门洞型，开挖断面宽２．４ｍ，高２．６５ｍ（其中直墙高１．４５ｍ，矢高１．２ｍ，半径１．２ｍ），纵坡为１?２０００，洞底采用１０ｃｍ厚的Ｃ１５素混凝土找平。隧洞进出口及断层地段采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度３０ｃｍ。连接段钢筋混凝土埋管采用箱型结构，净宽１．８ｍ，高２．０５ｍ，壁厚０．３ｍ。
在桩号２＋１３９．３５处设置溢流支洞，把进入隧洞多余的来水排入支流乌浪溪中。溢流支洞长６５ｍ，断面呈城门洞型，开挖断面开挖宽２．４ｍ，高２．６５ｍ。
３．３前池及压力管道
前池布置在厂房上游的山坡上，采用钢筋混凝土结构，总长２１．２ｍ。正常运行水位２２３．２ｍ，最低运行水位２２１．９ｍ，前池工作容积９４．１ｍ３，边墙顶高程２２４．７ｍ。前池进水口前设拦污栅和事故钢闸门。
压力钢管布置在山坡中开挖出的管槽内，全长５２．６８ｍ。因设计引用流量不大，压力钢管采用一管二机的供水方式，在厂房外４５°卜形分岔成两支管。选定主管管径１．２ｍ，钢板壁厚１２ｍｍ。支管与蝶阀同直径，管径０．８ｍ，钢板壁厚８ｍｍ。压力钢管在桩号管０＋０２１．４４处设镇墩，每７米增设支墩，前池压力墙及镇墩后各设１个伸缩节。钢管槽底宽２．６ｍ，左侧布置踏步，以便于压力钢管的日常维护。
３．４发电厂房
发电厂房位于潘家村山麓下，厂房基础全部座落在基岩上，根据机电设备的布置，采用地面式厂房。厂房内布置２台卧式水轮发电机组，机组轴线与厂房纵轴线平行，机组间距７．４ｍ，上游侧布置蝴蝶阀和控制保护屏，安装间位于厂房的右端。发电机层地面高程１８８．６４ｍ，安装场地面高程１８９．６０ｍ。因发电机层与安装场之间存在高差，为便于设备的安装和检修，厂房内设１台５ｔ的单轨手动葫芦，架设于屋面大梁下。厂房采用混凝土排架结构，砖墙围护，长２２．０ｍ，宽８．７ｍ。
３．５尾水渠
机组出来的尾水通过尾水渠排入支流乌浪溪中，尾水渠长３００ｍ。尾水渠断面为底宽２ｍ、边坡１∶０．１的梯形断面，边墙采用干砌块石挡墙结构，水泥砂浆勾缝，底板采用Ｃ２０混凝土浇筑，厚０．１２ｍ。