对水电站工程前期设计技术及设计优化的研究

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【内容摘要】前期设计是水电站工程建设十分重要的工作，将直接影响项目的成败与效益。本文针对水电站工程项目前期规划设计、设计优化、专题论证等工作，就水电站工程前期设计及设计优化进行了探讨，对水电站工程科学、合理、有序的开展有较强的借鉴作用。

【关键词】水电站工程 前期设计 设计优化

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

水电站工程项目建设周期与其规模有关，从一年到数十年不等，不过总的说来都包括项目立项、可行性研究、设计、施工、竣工验收、试运行等阶段。在水电站建设过程中，前期设计对整个项目的成败和效益有着极为关键的影响，需要充分考虑水文信息、地质条件、电力市场等问题，因此必须极为重视水电站工程的前期设计与设计优化。水电站工程前期设计主要包括项目可行性研究、项目规划、工程勘测、设计与建设管理，任何一方面做得不足，都可能造成预见不足认识不够问题，最终给整个项目的顺利实施带来不良影响。下面，本文就水电站工程前期设计技术及设计优化进行浅要的探讨，供同行借鉴。

2 项目前期设计

项目前期设计是在对水电站工程项目建设选址、覆盖范围、经济效益、社会效益、投资规模、建设规模等进行综合评估的基础上，对项目进行前期设计，主要包括以下几个方面：

2.1 项目建设的必要性

水电站工程建设除了合理开发水能资源，满足地区能源需求，调整地区能源结构外，还需要考虑流域防洪标准，提高地区灌溉能力，保证地区水产养殖，提高城市和沿岸用水保证能力，保护野生动物资源，保护环境和水土资源等的需要。因此，在前期设计阶段，必须考虑项目建设的必要性，结合地区实际情况，包括地区经济情况、人口分布、地理位置、气候变化、现有水电资源情况、地质情况等等，对项目建设的必要性进行分析，以保证项目建设切实符合地区发展的需要，避免项目不会对地区动植物、水土资源、环境等带来过大的不良影响，甚至造成项目建设所带来的负面影响远超过所带来的经济效益与社会效益现象。

2.2 水文分析与地质勘测

水文分析与地质勘测是对项目建设区域的水文地质条件进行调查分析，以确定项目建设可行性、建设规模、施工技术等。水文分析需要对控制流域内不同频率年径流量、不同频率月均流量、不同频率洪水流量、不同频率分期洪水流量等进行分析计算，获取水电站不同频率年径流量、不同频率月均流量、不同频率洪水流量、不同频率分期洪水流量设计值，并充分考虑干支流洪水不同期对项目的影响，进行调洪演算，最终得出项目水文分析数据。工程地质分析应当对区域构造单元、区域地质断裂带、地区地震记录、区内岩体岩性、河流弯曲分布、围岩特征、岩石完整度、基岩承载力、地表和地下水侵蚀能力等进行分析。通过水文与地质分析，确保水文地质条件不会对工程安全带来威胁。

2.3 工程规模和建设标准

当前我国经济发展速度不断加快，水电站工程的建设规模应当根据区内电网实际情况，结合水力资源分布，尽量利用控制区内水力资源，多装机多发电，以满足区内日益增长的生活和生产用电需要。在区内无较大用电需求的情况下，也应当尽可能的考虑利用水力资源发电，提高向电网的电能输送能力，获得更大的经济效益和社会效益。确定好水电站装机容量后，按装机容量划分工程规模和工程等别，确定主要建筑物和次要建筑物等级。同时，还需要考虑项目的设防标准，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》、《防洪标准》等相关规定，设确定项目的防洪标准，包括拦河坝防洪标准、厂区防洪标准、洪峰流量、洪水校核等等，并建立不同频率下的泄洪方案。此外，还需要结合灌溉引起水需要、水库淤积要求、水电站水头消落深度等确立水库死水位和死库容；根据项目多年平均径流量、最大径流量、最小径流量确立水库调节性能和调节形式；根据水库防洪、发电、移民、坝址地质地形、投资规模等确立正常蓄水位和正常库容。

2.4 工程布置

工程布置包括工程选置、建筑物布设、建筑物形式等等。工程选址应当根据地形、地质、投资、电站出力、交通运输、天然材料、工期、施工管理等方面的需要，选择最优工程位置。确定工程位置之后，需要确定建筑物布设和建筑物形式，包括引水枢纽、进水口、输水建筑物、厂区、上下游副坝、挡水坝、泄洪洞等的布设和形式。挡水坝应当结合地形和地质情况，因地制宜的采用当地材料建设，目前一般采用砌石坝或钢筋砼面板堆石坝，应当保证石质良好便于施工。钢筋砼面板堆石坝对地基要求不高且坝体受力均匀，但施工工期长、工程量大、结构较为复杂且投资较大；砌石坝工程量小结构简单施工方便投资较小，但坝体应力变化较大，对地基要求较高。电站枢纽包括发电引水洞、厂房、升压站、进厂公路等，发电枢纽的设立应当便于检修和操作，确保各环节的合理性。

2.5 主机及附属设备

机电及附属设备的前期设计，应当根据项目装机规模、水头范围、流量等参数，对多种装机方案进行技术性和经济性的比较，最终确定机组方案、水轮机安装高程、调节保证计算、主阀设计等。机组安装高程应当根据机组汽蚀系数、最低尾水位、淹没尾水管等因素确定；调节保证计算应当结合引水方式、引水流量、引水管径、引水管长度来计算，确保机组负荷需要。辅助设备包括起重机、消防设备、通风采暖设备、机修设备、油水气系统设备及电气设备等，在设置时要充分考虑满足厂区布置和生产生活的需要。

3 水电站工程前期设计优化

3.1 前期设计优化应引入竞争机制

水电站工程极为复杂且影响因素众多，前期设计优化对获取最优方案极为重要。为了获取最优方案，应当在前期设计中全面引入竞争机制，由多家设计单位共同加入到前期设计中，这样既能发挥各设计院的自身优势，又能充分调动各设计单位的积极性，整合各设计单位丰富的资源，为项目提供可靠、经济的前期设计方案，保证前期设计工作能顺利可靠的进行。

3.2 前期设计优化应确保设计质量

前期设计优化是为了获取最经济、最合理、最可靠的方案，保证前期设计质量是必不可少的工作。在前期设计优化中，应当加强各单位之间的沟通和联系，建立起长效沟通交流共享平台，促使业主与设计单位之间，各设计单位之间能协调解决相关问题，更好的服务于项目需要。在质量保证方面，应当依据国家、行业相关法规、政策、规范的要求，严格相应的诚信履约制度，建立完善的前期设计质量评定和考核方法，以保证前期设计能优质、高效的完成。

3.3 前期设计优化应盯紧关键路线和难题

关键路线和难题是前期设计的重中之重，也是前期设计优化的重点。在关键路线前期优化中，应当编制详细的前期设计优化计划，细化前期设计优化目标，落实相关工作责任，保证前期设计优化能满足工程建设需要，保证前期设计工作处于受控状态。在难题方面，应当提前谋划精心策划，理顺项目所面临的难题，制定出详细的方案，以保证项目难题能够得到切实的解决。

【参考文献】

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[2] 朱文轶.叫停电站折射中国水电开发困局[J].中国三峡，2009（09）

[3] 涂志华，吴昊.黑龙江省水能资源开发存在的问题及加快水电发展的建议[J].水利科技与经济，2010（04）