水电发展的世界经验，坝工建设的工程—技术措施和水工建筑物的安全保证

北极星电力网技术频道作者:电力论文3 2007/12/24 18:40:53

关键词: 水工建筑物措施建筑

这是一本应《俄罗斯统一电力系统》股份公司的要求，由全俄水工科学研究院会同水工设计院的专业人员编写的专著，并准备好出版。

专著的主要内容是论述全球在水电资源开发方面的现状，评价在新建水工建筑物方面或者在水工建筑物维修、改造方面的工程—技术措施，论述水库运用方面的国际经验以及论述水工建筑物在设计、施工和运用时的安全保证。

在第一库中论述了世界水资源能源开发中的主要成绩。今天世界水电蕴藏量的开发程度为32.7，欧洲、北美和中美洲的经济的水电资源开发已达很高的程度（超过70），东南亚（主要是中国）、澳大利亚、大洋洲和南美洲都正积极开发水电资源。20个国家水电站发电情况列于表中。俄罗斯在表中居第五位，占世界水力发电量的6.5。但是，俄罗斯水电站的水力发电量，在国家电力总平衡中占18.9，按这个指标，在表中只占第14位。巴西、挪威和巴拉圭的水力发电量在各自国家的电力平衡中占有最大比例，占有比例接近100。

世界经验证明，水力发电在国家电力平衡中占有大的比例，无论在装机容量方面，还是在发电量方面，则这些国家的电力系统就能有效的工作。在欧洲属于这样的国家有挪威（占994.）、冰岛（占82.7）、瑞典（占47.7）、瑞士（占56.3），在北美属于这样的国家为加拿大（占61.3），在南美属于这样的国家机关巴拉圭（占99.5）、巴西（占95.2）、乌拉圭（占77）、秘鲁（74）、哥伦比亚（占68）、玻利维亚（占63）和其他国家。这种情况应使俄罗斯得出一个重要结论，提高水力发电量在国家电力平衡中的比重，才能使电力系统有可靠的工作。

从引用资料的分析中还可以得出另一个有趣的结论：水电的发展与按人电力需求，存在着一定的相互关系。这个关系在很大程度上反映了国家社会—经济发展水平。作为这个经验的例证，可以看看西欧同一类型的国家，把最富裕的国家同社会—经济水平相对较差的国家，在这些指标方面进行对比。

俄罗斯的按人平均电力需求是非常低的指标（大约12000千瓦·小时/年），这就使我们信服的证明，必须发展水电和修建新的水电站。这本专项中介绍了世界上水电会计师最多的六个国家（中国、俄罗斯、印度、加拿大、美国和巴西）的电力形势特征，并介绍了这些国家水电资源开发前景。特别介绍了中国大力开发水电资源计划：有较优越开发条件的河流，其水电资源已开发了16.2，到2015年计划达到40。在俄罗斯，对有较优越开发条件的河流，其水电资源现在已开发了19.4，到2020年计划达到29.3，在完成俄罗斯电力发展纲要中，水电站发电量在电力平衡中所占比例，从现在的18.9减少到14，这是2001年11月22-23日在圣彼得堡召开的第二届全俄水电工作者会议的决定。

专著的第二章介绍了水库运用的世界经验，以及对水力枢纽上下游水利综合设施的要求。近十年来对传统的水利兴利目标的要求（发电、饮用水、工业和农业供水、航运和渔业），有时必须达到环保机关的严格要求。完成水库的防洪作用有着很大意义。在一些国家（中国、印度、越南及其他国家）防洪工程包括梯级水库和防洪堤。这些防洪工程的作用，可以举个实例加以说明，1998年美国密西西比河流域发生了特大洪水，密西西北河上游共有76座水库和防洪堤，防洪库容为49km3，这些水库和防洪堤防止了经济损失总计达190亿美元，其中包括因削减洪峰而免遭损失，大约75亿美元。

一些国家（西班牙、美国、法国、及其他国家）对特打春汛和洪水的标准和计算方法，以及最大洪水通过水库下泄的措施，都给予了很大关注。在这些国家中制定了并实际运用了标准—技术规范，在规范中包括了下泄大流量时，水库和水利枢纽的调节运用。再这些规范中还注意到了预报天气过程的必要性以及积雪量，土体冻结时渗透水流性质，最大暴雨同融雪同时在流域发生（美国）。必须遵守水库弃水和蓄水规则，水库弃水和蓄水要考虑到下游水利设施的限制，保证及时检查泄水建筑物的泄水能力，遵守闸门的调度计划以及要将洪水灾情通告地方当局（法国）。国外水库运用的经验证明，水库对周边环境的影响是多方面的，所以在制定水资源利用计划时要分析和考虑这些影响。列如，有着30多年运用经验的埃及阿斯旺水库证明，设计时制定的尼罗河径流调节计划是正确的，在这期间预防了6次水利枢纽下游河谷发生灾难性淹没。1988年洪水，当时来水流量超过11000m3/s，下泻不超过3000m3/s，在8年中还不断的发生小洪水，水库调度都保证了尼罗河河谷埃及部分免遭水害。

俄罗斯有很多而全面的一座水库和梯级水库运用经验。很多水库已运用了50多年。水库的水资源管理是同个方—水利水电事业参加者的利益紧密相连，有时产生相互矛盾，同时要同水文上保证工程建筑和大坝下游河谷的安全，目的是有效的满足水利和水电需求者的要求并最大可能的遵守水库附近群众的生活要求。专著中还介绍了两座最大的水电梯级水利枢纽；伏尔加—卡马河和安卡拉—叶尼塞河梯级水力枢纽的水资源的特点。

专著中的第三章介绍了在新工程选择结构—工艺措施时，出现在世界水工实践中的主要方向和趋势。现在在坝工建设中采用的结构—工艺措施是多方面的，公认的当属碾压混凝土坝的施工工艺，在现代建坝工艺中碾压混凝土坝，如果不是最经济有效的，也是最经济有效的工艺之一。碾压混凝土筑坝工艺可大大缩短工期，劳动强度和混凝土坝水利枢纽的造价。

碾压混凝土筑坝与传统的筑坝方法相比，其有高效和明显的优势，因此，用碾压混凝土方法建成坝的数量有了很快发展：1980年前建成5座，1990年前建成了40座，2000年前建成了200座。现在准备设计和开始修建的碾压混凝土坝还有10座。用碾压混凝土方法筑坝，在西班牙已建成约30座，日本建成了30多座，在中国建成了更多的碾压混凝土坝以及在其他国家。在这些已建成的碾压混凝土坝中，一些坝高在100—150米（塔马卡洼、萨加依卡洼、牙塔特里郭米勒、卡帕大、米阿依卡斯及其他坝），正在设计的碾压混凝土坝坝高在150—200米。近年来在中国和其他国家也建成了一些重力坝和一些重力拱坝。

俄罗斯也建成了一些碾压混凝土工程，这其中最大的是塔什库梅勒水电站重力坝，坝高75米，还有正在施工的布列依斯克水电站碾压混凝土坝，是目前世界上最大的碾压混凝土坝之一，坝高136米，碾压混凝土量为350万米3。在俄罗斯国家现在的情况下，最有前景的是：

在结构方面，有密实震荡混凝土外壳的新墙碾压混凝土坝；

有各种不同的碾压混凝土—由有复合添加剂的混凝土修建的工程结构；

由浇注混凝土工艺变化过来的碾压混凝土—俄罗斯改进的碾压混凝土工艺，已在塔什库梅勒水电站、库列依斯克水电站和布列依斯克水电站工程中采用。

用沥青混凝土心墙和沥青混凝土斜墙作防渗体的坝，仍是修建不同目地的水利枢纽有前景的结构。现在用沥青混凝土做心墙的坝已有50多座，用沥青混凝土做斜墙的坝和堤，已有300多座。沥青材料的热性和选择沥青材料不同配比，可广泛改变几其性质。这样就能保证沥青材料在不同结构中和在不同气候条件下的可靠性和耐久性。沥青材料在加热状态下会减少施工工作对天气的依靠。除此，沥青材料还具有高的不透水性、抗冻性、抗腐蚀以及适应变形能力等优点。所有这些优点，使沥青混凝土广泛的用于坝的新墙和斜墙。

沥青混凝土斜墙用于抽水蓄能电站前池大坝的防渗体，也是很有效的，渠道岸坡护面以及其类似工程都可采用沥青混凝土。高的沥青混凝土做斜墙坝很多，例如奥代尼科慈坝（坝高116米，澳大利亚，1979年）。钢筋混凝土斜墙土坝在国外也得到了广泛采用。如果说这类坝型60—80年代多建于西班牙（18座）、澳大利亚（16座）、罗马尼亚（8座），那么，从90年代起中国就成了建造这类坝型的领头人。仅从1990年到2002年期间，中国就建成了有钢筋混凝土斜墙土坝的水利枢纽73座，19座这类坝处于施工中，其中包括世界上最高的钢筋混凝土斜墙坝—树布坝，坝高232米，而设计中的这类坝，有14座坝高超过100米。从1982年起中国只建成了这类坝型的水利枢纽78座。

这类坝型与其他坝型相比，其特点是工程量小，从而可以获得较低的工程总投资和保证有较短的工期。在筑坝土料足够密实（粗骨料极配的选择起着重要作用）和完好的钢筋混凝土斜墙的情况下，可以保证这种坝型有足够高的可靠性和安全性。但斜墙中产生裂缝，会降低坝体安全。这类坝型可建于地震活动地区和严寒地区。

除中国外，世界很多国家都修建了一些堆石坝，如阿根廷的罗斯—卡拉扣列斯坝，坝高138米，波特列里罗马斯坝，坝高116米，巴西的意塔彼比坝，坝高106米，帕罗斯—格拉捷坝，坝高185米，卡木波斯坝，坝高200米；哥伦比亚的克勒卡多坝，坝高100米；萨卡莫克坝，坝高190米；伊朗的纳什马施勒坝，坝高111米；冰岛的卡拉努卡勒坝，坝高185米；老挝的那木—诺努木坝，坝高220米；马来西亚的巴库坝，坝高205米；智利的帕尼拉坝，坝高120米等。

在研究新的水工技术措施时，不能回避的问题是泄洪，其中包括使用辅助溢洪道。

国外的工程实践中，常常在有土坝的水利枢纽采用辅助溢洪道，用以渲泄稀有洪水，洪水流量的保证率一般低于0.1。在多数情况下辅助溢洪道位置都选在工程量少且为施工处，这样可以降低工程投资。辅助溢洪道最常采用的有三种类型：易冲辅助溢洪道、不能调节辅助溢洪道和有水动力闸门的辅助溢洪道三种。有冲辅助溢洪道甚至用于很大的水利枢纽，如中国的海拉吉、印度尼西亚的姆里卡。建在水文观测资料系列短的河流上的水利枢纽，常采用不能调节溢洪道。水动力闸门常设在水利枢纽下泄流量不大的溢洪道上。

梯级混凝土溢流坝可保证多余动能的清除，并可以减小下游消能的尺寸。这种坝的结构可很好的适用于少水泥碾压混凝土的填筑工艺。世界上已建成这类坝有数十座，分析这种坝的工作条件，就可确定其下泄单宽流量值，确保消能的下泄单宽流量值与坝高有关，例如，当单宽流量为30m3/s时，坝高应该不超过30米。专著中介绍了这类坝最广泛采用的溢流坝实例，它们的坝高都在100米左右，下泄单宽流量达30m3/s（美国的阿坝勒斯徒鲁奥捷勒坝，西班牙的贝勒坝和中国的大锅峡）。

如果将放水建筑物布置在坝体之外，那么，大坝采用现代的施工工艺会更有效。在这种情况下最常采用的建筑物形式是隧洞。隧洞是道路工程，但利用隧洞多方面的功能，可以降低工程投资。

世界经验表明，最大的问题是运用期大坝泄流能力不足，这是因为冰雪融化时改变了聚积水的条件。

书中第四章介绍了解决这些问题的不同措施。在水利枢纽运用过程中有时需要增加枢纽泄水建筑物的泄流能力，这时应按照不同原因改建浅水建筑物，这些原因中最常见的有：枢纽的下泄流量超过计算流量；增加了水文观测系列，导致计算流量增大；水利枢纽的正常需求或者水利枢纽的运用条件发生了变化等原因。为增加泄流能力，而改建泄水建筑物时，应采用不同措施。有混凝土坝的水利枢纽，加大其泄水建筑物的下泄流量，常采用加高溢堰顶水头或者采用加大闸门跨度。增加溢流堰堰顶水头可采用降低堰顶高程的办法（作为实例，可以举出澳大利亚的尼皮水利枢纽和美国的黑绍水利枢纽的改建工程）。增加泄流前沿长度可以采用拆除全部闸墩或者拆除部分闸墩和采用大跨度闸门。（法国的格勒列塔和皮聂水利枢纽，奥地利的维捷勒什维哥水利枢纽等）。采用这类措施改建泄水建筑物，在一些情况下增加泄流能力不大。例如，法国的皮聂水利枢纽的泄水能力从3500m3/s增大到4400m3/s；奥地利的维捷勒什维哥枢纽的泄量从65m3/s增加到160m3/s；澳大利亚氟皮枢纽的泄量从2500m3/s增大到7600m3/s。

对于未完成的混凝土坝或土坝的标建工程改建时，可以采用加高溢流堰顶水头的办法，增加下泄量，这种办法可以较大的增加下泄量。例如，澳大利亚的乌阿拉加木巴和布里面补优科水利枢纽、瑞士的科诺特拉水利枢纽和奥地利的捷勒索诺别勒格水利枢纽等都是用这种办法扩建，澳大利亚的布里补优科枢纽的下泄量从15600m3/s增大到52000m3/s。

与原先相比需要大大增加泄流量时，在很多情况下应当考虑在水利枢纽组成建筑物中，增建补充泄水建筑物。如果是土坝，且坝高不超过40米，那么补充泄水建筑物应采用开敞式，一般不能调节。当水利枢纽中的土坝属于高坝时，则应采用补充泄水隧洞，如德国的西里维斯捷依、朝鲜的索亚加特、西班牙的阿列诺什等。

第五章中介绍了水工建筑物的维修与改建。这个问题很实际，现在世界上很多国家，由于工程才华，都在对水利枢纽中的大坝和其他水工建筑物进行维修和改建。最近20年来国际会议不只一次的讲座了水工建筑物的维修与改建问题。国际大坝委员会制定了混凝土水工建筑物和土石料水工建筑物及其地基维修标准方法。

对水工建筑物的维修和改建，无论在其设计阶段还是在维修期，书中介绍了世界工程实际中广为采用的组织方法和指导工作。

导致混凝土坝地基破坏的主要原因，主要指岩基，是因为水头梯度变化，在变化的应力作用下丧失了地基强度。另外的破坏原因是管涌和冲蚀。为了消除上述破坏原因，增加混凝土坝地基强度，主要采用水泥灌浆方法。

最常见到的土坝破坏原因是管涌，由于管涌造成渗流破坏和坝基强度破坏。防治的办法是地基灌浆、修建防渗墙、设置反滤、排水及其他。

土坝坝体的维修最常见到的是减少渗流、防止管涌，为防止风浪的冲蚀修复护坡和维护土坝斜墙的不透水性。坝体的维修方法还是上述的一些办法，对坝基，常采用粘土和粘土—水泥灌浆，修建防渗墙和防渗板桩，设置反滤和排水。在必需时可采用换土。

在上面介绍土坝维修方法时，土坝维修的实例已介绍了不少。仅采用防渗墙维修办法的土坝就有：英国的包屋捷勒赫德土坝、鲁克斯赫依土坝、鲁埃斯特土坝和屋依捷克斯土坝；美国的沃勒夫科里克土坝、麦德马屋埃及土坝、富捷聂勒土坝和平共处哈洼霍土坝；俄罗斯的库列依斯克土坝以及其他。

专著的第六章介绍了水利枢纽下游，防止和消除局部冲刷方面的维修及改建的世界经验。导致下游局部冲刷的确良原因有：磨损、气蚀、动力破坏等。

磨损料进入下游消能防护区（萨扬—舒申斯克水利枢纽，俄罗斯）；

在泄水建筑物运用之前，没有进行杂物清除（如美国的德沃勒舍克水利枢纽、李毕水利枢纽和俄罗斯的萨扬—舒申斯克水电站）；

在下游消能防护区内有旋流、磨损料长期对护面冲撞、磨损（美国的李毕、得沃勒沙克、特里尼吉、纳维依中等水利枢纽，印度的布哈克拉水利枢纽）。

在不遵守调度运用规则的条件下运用泄水建筑物（例如，闸门完全敞开时和下游低水位时），这会使高速水流作用于护面，而水跃会直冲下游（俄罗斯的古比雪夫水利枢纽和新西伯利亚水利枢纽施工期发生过这种情况）；

在靠近溢流堰附近设置梳齿消能工，梳齿会分散高速水流，并将水跃推向下游；

在护坦混凝土板上设置消力墩，消力墩置于溢流堰近处（如美国的布勒沙阿勒斯坝）；

水跃驱赶时护面表面不平（俄罗斯的萨扬—舒申斯克水电站）。

上述破坏的原因与设计时所采用的结构论证不够和施工期泄洪准备不足（或是机械设备）有关。

对枢纽运用过程可能发生的工作状态下，水流对建筑物的作用研究的不够；

当施工期下游处于低水位，而又要求全部打开底孔泄洪时，建筑物或者机电设备没能作好准备工作。

对下游护岸高度作了错误的决定，导致了河床严重冲刷，护岸破坏并会威胁溢流坝的安全（如美国的威尔逊水利枢纽和洼科水利枢纽）。

重新评估河床岩石强度（如地基的威兹列和美国的巴勒特列特坝）。

在专著最后的第七章中介绍了各国在水利工程设计、施工和运用时，保证水工建筑物安全的立法问题。

关于水工建筑物的安全规定，各国有所不同。在个别国家（如新西兰）关于水工建筑物的设计、施工和运用有全国统一的规定。在其他一些国家（如挪威和其他国家）有两种规定：一种是关于水工建筑物修建的规定，另一种是关于水工建筑物运行状态的检查和评估的规定。

在一些国家（葡萄牙、瑞士、新西兰等国），对参预评估水工建筑物运用状态的专业人员，对其业务水平都有严格的要求。在这方面俄罗斯实行许可证制度，凡参加水工建筑物设计、施工和安全运用的人员，都应持有许可证。

水电发展的世界经验，坝工建设的工程—技术措施和水工建筑物的安全保证

>>更多热门电气招聘公告

《水电发展的世界经验，坝工建设的工程—技术措施和水工建筑物的安全保证》的相关文章

《水电发展的世界经验，坝工建设的工程—技术措施和水工建筑物的安全保证》的相关新闻

水电发展的世界经验，坝工建设的工程—技术措施和水工建筑物的安全保证

>>更多 热门电气招聘公告

《水电发展的世界经验，坝工建设的工程—技术措施和水工建筑物的安全保证》的相关文章

《水电发展的世界经验，坝工建设的工程—技术措施和水工建筑物的安全保证》的相关新闻

>>更多热门电气招聘公告