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【科普揭秘】水电站大坝是如何防洪泄洪的?
作者: 发布日期:2017-07-03 来源:工业电器网

        近日,我国多地迎来强降雨天气,防灾工作迫在眉睫。今天,小编就给大家安利一篇好文,看看水电站大坝是如何防洪泄洪的。

 

       水电站所有的建筑物都有其特有的功能,它们可以用于拦截河流、集中落差、形成水库,其中最为常见的就是水电站大坝、水闸挡水等。大坝在防洪泄洪方面起到重要的作用。

 

水电站大坝类型

         坝,作为水利枢纽,主要功能是挡水防洪。大坝的类型根据坝址的自然条件、建筑材料、施工场地、导流、工期、造价等综合比较选定。每个水电站大坝都必有的部分是挡水坝段。

        通常来说,大坝分为土坝、重力坝、混凝土面板堆石坝、拱坝等。有些水电站的发电厂房也是大坝的一部分。

        水电站大坝在溪流、河流、河口作为屏障,防洪泄洪,用水力发电,或存储水源、灌溉。我国有丰富的江川河流,水电站发电独占鳌头。2013年水电站发电消费为206.3 Mtoe(百万吨油当量),占世界总量的24%,按照1吨油当量=1.5吨煤计算,相当于3亿吨煤。

      下面主要分析拱坝、重力坝。

       拱坝是建筑在峡谷中的拦水坝,做成水平拱形,凸边面向上游,两端紧贴着峡谷壁,通常坝身还有泄洪孔、导流孔。

       世界十大拱坝工程分布在亚洲、欧洲两大区域。中国在十大拱坝上占据五个席位,分别为:锦屏一级坝(坝高305米)、小湾坝(坝高292 米)、溪洛渡坝(坝高285.5米)、拉西瓦坝(坝高250米)、二滩坝(坝高240米)。

 

 

                            锦屏一级拱坝,来源:中国水利水电科学研究院

 

        拱坝几何形状复杂,施工难度大。拱坝在拱与梁的共同作用下,承受负荷,它的稳定性依靠两岸拱端的反力作用,对基地的要求高。拱坝坝身可以泄水,不设永久性伸缩缝,抗震性能好。

        重力坝,由砼或浆砌石修筑的大体积档水,基本剖面是直角三角形,整体是由若干坝段组成。在水压力和其负荷作用下,主要依靠坝体产生的抗滑力满足稳定要求。筑坝材料为混凝土或浆砌石。重力坝可能有船闸、鱼道、冲砂孔。

 

                           重力坝,来源:广东省中国水利水电科学研究院

 

        据统计,在各国修建的大坝中,重力坝在各种坝型中往往占有较大的比重。比如,三峡大坝,是世界上规模最大的混凝土重力坝,坝高181米、坝长2335米、坝顶宽度40米、坝底宽度115米。它位于中国湖北省宜昌市境内,距下游葛洲坝水利枢纽工程38公里,年发电量为985亿千瓦小时,是当今世界最大的水利发电工程——三峡水电站的主体工程、三峡大坝旅游区的核心景观、三峡水库的东端。

        在大江大河上建设大坝多选用重力坝;山区狭窄河道,且坝肩地质承载力好的话,使用拱坝小型的橡胶坝。重力坝一般用混泥土或块石混泥土作为筑坝材料。对水库蓄水电站而言,也有很多是用就近取土作为筑坝材料。一般来说,大坝高度越高,水库则越大,调节性能就越好,能够起到为电力系统调峰、调频、调相的作用。而影响坝高的因素很多,包括地质、地形、电力需求等。

水电站特征水位介绍

 

                              水电站水位介绍图示一,来源:网络

 

       水电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、设计洪水水位、校核洪水位等。

       死水位是在正常运行时,水库消落的最低水位,死水位以下的水库容积是死库容,一般是为了保持水电站有一定的工作水头,不被利用。

      正常蓄水位,又称正常高水位、兴利水位、设计蓄水位,是水库最重要的一项特征水位,是挡水建筑物稳定计算的依据。当采用无闸门控制泄洪建筑物时,它与泄洪堰顶高程相同;当采用闸门控制泄洪建筑物时,闸门关闭,它是允许长期维护的最高蓄水位。

       汛限水位是指汛期为满足防洪要求,限制水库兴利允许的上限水位,低于正常蓄水位。汛限水位可以与死水位重合,如北京官厅电站水库,正常蓄水位479m,死水位及汛限水位为476m。汛限水位也可以介于蓄水位和死水位之间,适用于有一定规律可循的河流。汛期洪水发生时间不大稳定,对于洪水出现不定期或全年多次洪峰的情况,需要在任何时候预留出防洪所需的库容,汛限水位可以与正常蓄水位重合。

       防洪限制水位是水库调节后达到的坝前最高水位,防洪高水位是坝前达到的最高水位,只有在水库对下游防洪时,才需要确定这一水位。这一水位可采用相应的下游防洪标准的各种典型洪水,按照拟定的防洪调度模式设计。为了保障汛期水库防洪,水库会在汛期没到时,腾出库容。汛限水位以上的库容是作为滞蓄洪水的库容,在发生洪水的时候,水库才允许超过防洪限制水位来泄洪,洪水消退,如汛期未过,应尽快地泄洪,使水库水位迅速回降到防洪限制水位。如上图所示,防洪限制水位一般低于设计洪水水位和校核洪水位。

      设计洪水水位是挡水建筑稳定计算的主要依据,是水库遇到大坝的设计洪水时,在坝前达到的最高水位。

      校核洪水位是水库在正常运作下,短期允许达到的最高水位,是确定大坝顶高进行安全校核的依据。校核洪水位与防洪限制水位之间的库容是调洪库容,校核洪水位以下的库容为总库容。

 

水电站大坝防洪调度

         防洪泄洪关系民生,大坝在防洪泄洪方面起到重要的作用。举个例子,三峡大坝设计最高蓄水位是175米。在每年汛期,保证上游水位在145米的防洪限制水位,多出30米的库容以迎接洪峰。洪峰后,超过145米的水量下泄,为下次洪峰做准备,下泄的水使中下游江面的水位升高,但不影响人们的生命和财产安全。

         泄洪,是水库里的水不急着用于发电,直接从大坝通过。水坝、水库和水电站作用是通过拦蓄洪水,蓄洪补枯,在调节水资源的同时壅高水位发电。

        泄洪需要进行防洪调度,满足蓄洪补枯。

        以三峡为例子,它的可调度库容221亿立方米,长江的年径流量接近一万亿立方米,水量的百分之八十在雨季。为保证三峡防洪库容发挥作用,需要防洪调度,保障库容拥有221亿库容防洪能力。进入汛期,三峡水库的水位不能超过145米高程。

        防洪调度的目的是要保障水库防洪作用。还是以三峡水库为例,一旦三峡水库不能再规定时间内把发电水位降到最低,必须通过泄洪让水库水位保持到汛限水位。

       20世纪90年代,水电站大坝对几场大洪水的防洪泄洪起到了重要作用,减少了洪水带来的巨大风险。防止洪水漫坝、溃坝,实现人与自然和谐相处,也被越来越多的人们所重视。