龍灘水電站——僅次於三峽電站的全國第二大水電站
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2017-06-19 20:56
龍灘水電站
龍灘水電站：是僅次於三峽電站的全國第二大水電站，位於廣西天峨縣城上游15公里處，是“西電東送”的標誌性工程，是西部大開發的重點工程。電站2001年7月1日開工建設，2009年底全部投產建成。設計蓄水位400米，壩高216.5米，壩頂長度是836米，庫容273億立方米，裝機容量630萬千瓦，年發電量187億千瓦時。
龍灘水電站創造了中國世界紀錄協會多項世界紀錄，電站擁有三項世界之最：一是最高碾壓混泥土大壩，壩高為216.5米，壩頂長836米；二是最大的地下廠房，主廠房藏於山腹中，廠房長為388.5米、寬28.5米、高74.4米；三是提升最高的升船機，最高提升高度179米，全長1700米。
龍灘水電站工程概況
龍灘水電工程位於紅水河上游的廣西天峨縣境內，距天峨縣城15公里。壩址以上流域面積98，500平方公里，佔紅水河流域面積的71%，其裝機容量佔紅水河可開發容量的35-40%，是國內在建的僅次於長江三峽的特大型水電工程。龍灘水電工程規劃總裝機容量630萬千瓦，安裝9臺70萬千瓦的水輪發電機組，年均發電量187億千瓦時，相應水庫正常蓄水位400米，總庫容273億立方米，防洪庫容70億立方米，分兩期建設。一期建設裝機容量490萬千瓦，安裝7臺70萬千瓦的水輪發電機組，年均發電量156.7億千瓦時，相應水庫正常蓄水位378米，總庫容162億立方米，防洪庫容50億立方米。工程建成後，50%以上的電力送往廣東，作為廣東“十一五”期間的電源點納入電力電量平衡。
龍灘水電工程主要由大壩、地下發電廠房和通航建築物三大部分組成。它的建設將創造三項世界之最：最高的輾壓混凝土大壩(最大壩高216.5米，壩頂長836.5米，壩體混凝土方量736萬立方米)；規模最大的地下廠房(長388.5米，寬28.5米，高74.4米)；提升高度最高的升船機(全長1650多米，最大提升高度179米；分兩級提升，其高度分別為88.5米和90.5米)。
樞紐佈置
碾壓混凝土重力壩方案的研究始於1990年2月。起初，著重研究的是大壩採用碾壓混凝士的技術可能性和經濟合理性。在原常態混凝士壩的壩體佈置和壩體斷面不變的情況下，用碾壓混凝土代替內部常態混凝土，上下游均用常態混凝土包裹，碾壓混凝土的高度控制在120米、150米或160米等範圍內，建基面上是很厚的常態混凝土墊層。分析結果認為，龍灘重力壩採用碾壓混凝士是完全可行的和經濟的，壩體碾壓混凝土量越多，施工速度越快，經濟效益越顯著，但按上述指導思想設計的碾壓混凝土壩在膠凝材料用量、總投資和工期上，與常態混凝土重力壩差別不大，因此，建議調整樞紐佈置，改進壩體斷面和壩體結構設計，使其適應於碾壓混凝土大倉面快速施工的要求。
原常態混凝土重力壩的總體佈置是河床壩段佈置洩水建築物，右岸佈置通航建築物，發電廠房佈置在河床溢流壩後，部分在左岸地下。由於河床壩段洩水孔口與發電引水系統重疊，壩體孔洞密集，施工干擾大，後期渡汛存在一定風險，不適應碾壓混凝土築壩的要求，使大規模採用碾壓混凝土受到限制。因此，要調整樞紐佈置，其原則是簡化壩體結構，使廠房引水系統與洩水建築物分離，使大壩採用碾壓混凝土的部位相對集中。在設計院對樞紐佈置方案進行大量比較研究的基礎上，1992年12月，原能源部委託水利水電規劃設計總院在北京主持專題會議，最終審定龍灘水電站廠房佈置採用全地下廠房方案。該方案無壩後廠房，壩體結構簡單，施工干擾小，最符合大壩採用碾壓混凝土的壩體佈置要求，從而為大規模採用碾壓混凝土創造了條件。
大壩的斷面設計
樞紐佈置尤其是壩體佈置確定之後，擴大壩體碾壓混凝土範圍的唯一途徑是儘量提高碾壓混凝土壩的高度。然而世界範圍內正在建設中的碾壓混凝土壩的最大高度僅150米，為了更多、更高、更快地應用碾壓混凝土築壩技術，"龍灘碾壓混凝土重力壩結構設計及施工方法研究"被列為國家"八五"攻關的專題，經開展科研攻關和設計研究，已取得一些重大突破。
大壩斷面設計原則遵循現行重力壩設計規範，特別強調碾壓混凝土層面上的應力和穩定，在基本荷載工況下滿足如下條件：任一層面上的抗剪斷安全係數K'≥3．0；層面上任一點的垂直應力σn≥0．0；層面上任一點的應力不超出相應部位混凝土的容許應力。
由於分期建設，大壩的斷面分為初期斷面和最終斷面，初期斷面設計既要儘量減少初期建設時的壩體混凝土工程量，又要為後期加高創造必要的和有利的條件。經多方案對比和初設審查會議確定：大壩加高方式為平行後幫式（貼坡式）。重力壩的斷面設計選擇了若干典型斷面，以建基面的應力和穩定要求為約束條件，以壩體混凝土總量最小為目標函數，採用優化設計方法求得兩期斷面的幾何參數。然後根據層面揚壓力計算假定和層面穩定要求，反算出不同高程的碾壓混凝土層面設計要求的抗剪斷強度參數。
對於上面給定的斷面，大壩碾壓混凝土高度越高，設計要求的層面抗剪斷強度參數也越高。而選擇層面抗剪斷強度參數的設計值又取決於碾壓混凝土配合比、氣溫條件、層間間歇時間、層面處理的工藝和質量控制等因素，是一個十分複雜的問題，關鍵是膠凝材料含量、層間間歇時間和氣溫條件。根據已經完成的現場碾壓和原位抗剪斷試驗成果並考慮大壩實際施工時使用合理的碾壓混凝土配合比，採用先進的設備和工藝，精心施工和嚴格控制質量，龍灘大壩在給定的設計體形下完全可以實現從底到頂的全高度碾壓。
壩體應力及穩定複核
壩體應力及穩定分析，結合"八五"攻關，採用多種計算方法進行計算，並對基本參數進行了敏感性分析。
對壩體應力而言，無論是高壩應力條件還是由於分期建設帶來的不利影響，均屬局部強度要求問題，對大壩體形參數的選擇不起控制作用。如大壩加高時，後幫混凝土的溫降對壩踵應力的不利作用，可以通過提高該區域混凝土的抗拉強度和減少後幫混凝土溫升等措施來解決。
對壩體穩定而言，沿壩體內碾壓混凝土層面的抗滑穩定問題顯得尤為突出。由於已往的設計經驗不多，對荷載計算、選擇層面抗剪（斷）強度參數、計算公式以及安全係數（或者安全度）等問題做過較多的探索。綜合分析的結論是，龍灘大壩採用全高度碾壓，膠凝材料用量200千克/立方米左右，結合現場試驗成果分析，沿層面抗滑穩定安全性是有保證的。即使由於施工不慎，c'值降低較多，大壩的整體穩定仍有相當高的安全度
壩體的結構設計
除了壩體體形之外，對維持大壩穩定起重要作用的還有壩體結構，如碾壓混凝土層面結構和強度、材料分區、防滲排水結構、分縫與止水結構。合理的壩體結構設計，不僅應保證大壩安全，而且應方便施工。
碾壓混凝土層面結構和強度，應結合混凝土配合比設計、施工方法和施工工藝的研究，確保沿層面抗滑穩定安全係數滿足設計要求。對於壩體底部層面建議向上遊傾斜2。左右，以利於提高大壩的抗滑穩定安全係數。壩體碾壓混凝土的分區從底到頂分成三個區域，每個區域根據施工條件、壩體應力和穩定條件提出主要性能指標要求。防滲排水結構除要求壩體本身有較高的防滲性能外，上游面還應設置單獨的防滲面層，緊接壩體防滲體後設置排水廊道和排水孔，並考慮河床壩段底部一些碾壓混凝土層面上設排水孔與基礎排水廊道相貫通，以確保壩體內部碾壓混凝土層面上的揚壓力低於設計值。壩體碾壓混凝土橫縫根據壩體結構和溫控要求確定，壩體的防裂措施和溫控標準尚在研究之中。
壩體止水設計，吸取常規混凝土重力壩橫縫止水設計的經驗教訓，對止水結構佈置及其與上游防滲結構和壩基岩體中的防滲帷幕的連接給予了足夠的重視，從而可以保證整個上游面的不透水性能。
水能設計
龍灘水電站是廣西壯族自治區紅水河一級開發方案中的第四級，壩址流域面積98500平方公里，佔該河總流域面積的71%，壩址多年平均徑流量5l7億立方米。
1、正常蓄水位
龍灘是我國能源規劃戰略項目之一，在河流規劃階段，電力部曾於1979年4月下文指示：龍灘正常蓄水位研究範圍為375～440米。在可行性研究階段，以375米、 400米、 440米三個方案進行了．比較分析。 1985年5月水電部受國家計委委託主持召開了龍灘可研報告審查會，由於會議對水位意見不一致，在會議紀要上報後，國家計委一直未作批覆。在初設階段，由於對水位仍不能取得一致意見， 1988年6月由廣西、廣東、貴州、原能源部、原能源投資公司五方領導出面協商後，簽訂了一份建設龍灘的意向書，其中明確載人"按正常蓄水位400米設計，375米建設"的意見。在此基礎上，於1990年8月在京審查了龍灘初設報告，並在審查紀要中引用了對水位的上述意見。從此以後，在研究龍灘設計、施工和運行時都出現了一個前期與後期（或近期與遠期）的問題。
龍灘前、後期總庫容分別為162.1億立方米與272.7億立方米，興利調節庫容分別為l11.5億立方米與205.3億立方米，前期為年調節水庫，後期則跨入多年調節。
龍灘前、後期裝機容量分別為490萬千瓦630萬千瓦，分別佔紅水河十級總容量的35%與40%；年發電量分別為156.7億千瓦時與187.1千瓦時。約佔十級總髮電量的30%。經龍灘對梯級補償調節後（含天生橋一級水電站的作用），可使其下游6級的保證出力由77萬千瓦增至220.6萬千瓦與254．9萬千瓦，年發電量分別增加約28%和38%。
2、裝機容量 龍灘裝機容量是根據梯級徑流補償調節成果按電力電量平衡方法確定的，設計水平年為2010年。
龍灘是華南地區最大的電站，對系統的作用較大，因此，著重對龍灘供電不同地區和不同組合的電源點等情況，進行了裝機容量分析論證，以便綜合選定合理的裝機容量。這樣，即使將來供電地區有變化，龍灘仍能適應，正常發揮應有的作用。所以，對龍灘的供電範圍研究了供華南、供華南和華中（華中華南聯網），供華南時又考慮了有無香港和澳門，供華南和華中時又考慮了有無三峽電站，有無已建的幾個水電站擴機等等。綜合以上各種情況，龍灘400米方案裝機容量變化在450萬～600萬千瓦之間，最後權衡利弊，遠近結合，全面兼顧，並結合選定的單機容量60萬千瓦，選定龍灘最終裝機規模為60X9萬千瓦=540萬千瓦。根據同樣原則和方法，選定近期375米時裝機容量為60X7萬千瓦=420萬千瓦。
防洪規劃
根據《珠江流域規劃報告》審定意見，龍灘水庫要為下游擔負防洪任務，防護區包括黔江、潯江和西江兩岸，以及西、北江三角洲，總範圍涉及廣西與廣東共27個縣市，總防護人口約1050萬人，總防護耕地約44.7萬公頃。目前防護區現有堤防抗洪能力只有5年～20年一遇洪水不等。
根據規劃，將來絕大部分防護區的堤防抗洪能力將提高至20年一遇洪水，下游防洪標準控制站梧州市20年一遇洪水流量為44600立方米/秒。龍灘為下游攔洪時，根據梧州市來水情況控制洩流6000立方米/秒 與4000立方米/秒，使梧州市流量不超過44600立方米/秒。根據洪水演算分析結果，龍灘400米水位時，預留70億立方米防洪庫容，可使絕大部分防護區的防洪標準提高至50年一遇洪水；375米水位時，因發電限制，預留50億立方米防洪庫容，可使下游防洪標準提高至40年一遇洪水。防洪庫容預留時間為每年5月～7月，8月底水庫允許蓄水至正常蓄水位。
龍灘防護區範圍廣，工農業較發達，防洪設施除堤防外，只有興建大型防洪水庫，而能提供大防洪庫容且行之有效的水庫首推龍灘，因此。龍灘工程也是西江水系的一個戰略性防洪工程。
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