黄冲
龙岩市新罗区水利局
摘要：本文以上杭县涧头水电站大坝改造工程为例，对大坝改造工程中方案选择问题进行探讨，主要讨论闸坝、橡胶坝、液压翻板坝在类似工程中的使用。
关键词：大坝改造；橡胶坝；液压翻板坝；闸坝
一、工程布置
上杭县涧头水电站坝址位于上杭县湖洋乡涧头村的汀江干流上，为低水头大流量水电站，最大坝高16.50m，坝顶总长度291.33m。改造前工程布置从左往右为：左岸重力挡水坝段宽52m；3孔橡胶坝每孔净宽48m，基础土建部分为宽顶堰，堰高186.60m；3孔冲砂闸每孔净宽6m，底板高程为184.00m（橡胶坝及冲砂闸段总宽173.20m）；厂房段宽29.13m；右岸重力挡水坝段宽37m。
二、改造缘由
上杭县涧头水电站设计泄水建筑物为3孔橡胶坝每孔净宽48.0m和3孔排沙闸每孔净宽6.0m，按照泄水建筑布置及泄洪能力计算水库回水，二十年一遇洪水时上游碧田沙（距坝址3220m）回水位为195.27m，比天然水位194.82m高0.45m，按淹没处理及移民安置规划报告，此部分居民属于移民范围。由于碧田沙地形较低且居民较多，如采取移民方案，迁移量及投资很大。若采用砌石堤防防护，堤线长又难于封闭，且部分公路需要加高加固，工程投资也很大。因此为了尽量减少由于建坝使20年一遇洪水位提高而影响库区居民生产生活，而对橡胶坝进行方案变更设计以加大大坝的泄洪能力，降低原有20年一遇洪水位。
三、方案的选定
上杭县涧头水电站由于水库回水影响上游居民生产生活，因此该工程改造的主要目的是为了增加水库的泄洪能力，要在现有的条件下通过技术和经济的比较选择可行方案，这是该改造工程的重点和难点。通过对工程布置的研究，初定为右岸挡水坝段、厂房段及冲砂闸段不做改变，而左岸挡水坝段由于通航需求要为船闸的位置做预留也不做改变，因此主要对3孔橡胶坝段进行改造。
方案①设计将3孔橡胶坝改造为液压式翻板坝，堰顶高程由186.60m降到184.00 m，挡水翻板为6m×12m（高×宽），共8扇翻板。
方案②设计将3孔橡胶坝由原来3.5m高改造为5.5m高的橡胶坝，堰顶高程由186.60m降到184.60m。
方案③设计将2孔靠近冲砂闸的橡胶坝改造为闸坝，将堰顶高程由186.60m降到184.00m, 每扇闸门为6m×14m（高×宽），共6扇。
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回水计算采用河道恒定非均匀流，以伯努里方程式试算各段面位置水库回水位。
由于方案①液压翻板坝流量系数过小，在改造工程中有限的条件下，无法增加其行洪宽度，通过过流能力及回水影响首先排除回水仍对上游碧田沙有影响的方案①。剩余2种方案在满足此次改造目的下，通过经济比较得出方案②橡胶坝总投资为997.45万元，方案③闸坝总投资为881.02万元，将投资大的方案②排除，最终选定方案③即将2孔靠近冲砂闸的橡胶坝改造为闸坝的方案作为最终方案。
四、问题讨论
翻板坝是近年发展起来的技术，其中液压翻板坝以简易的操作、更加稳定的运行及低廉的造价，慢慢在低水头电站和城市景观工程中运用起来。涧头水电站改造的目的是为了增加其过洪能力减少回水影响，在将翻板坝堰顶高程由186.60m降至184.00m的情况下，其过流能力仍然无法满足设计要求便是该改造工程中最主要的问题。涧头水电站改造方案比较中限制于工程已有的布置，无法增加其行洪宽度，使得方案①液压翻板坝无法满足本电站的改造目的而排除此方案。但是液压翻板坝在电站改造工程中的运用已经越来越广泛，例如上杭县河东电站大坝改造工程由于橡胶坝坝袋破裂，为了使电站继续使用运行，在现有的布置下经过行洪和回水计算，而采用了液压翻板坝方案。因此在低水头水电改造中，如果有足够的行洪宽度或者上游无淹没要求时，使用液压翻板坝是一种经济实用的选择。
橡胶坝自20世纪90年代以来在我国发展迅速，据不完全统计，截至2006年10月，我国的橡胶坝已建成约2000座，近年来更是以每年新建300座左右的速度发展 。橡胶坝以其造价低、施工工期短、维护少、管理方便及美化水环境等等优点而得到广泛运用。涧头水电站大坝原先设计便是橡胶坝，在改造中也准备继续使用橡胶坝，方案②设计将原来3.5m的坝高增加到5.5m，堰顶高程由186.60m降至184.60m。虽然该方案满足了涧头水电站改造后过洪和回水影响的要求，但是5.5m的坝高却大大增加了改造成本，通过经济比较而排除了该方案。在现阶段低水头水电中，橡胶坝的运用一般在坝高5m以下，而高过5m的橡胶坝虽然也有运用，却在技术经济上受到的较大限制，随着科学技术的发展，坝袋加工工艺提高，橡胶坝的运用会更加普遍。另外橡胶坝使用对于多沙河流或者漂流物较多的河流有着较多的限制，这也限制了它的运用。
闸坝是一种传统的坝型，在水利水电工程中应用很广，其最大优点是使用寿命长，耐久性好，管理运行方便。缺点是造价偏高。随着橡胶坝和液压翻板坝技术的成熟，闸坝由于造价较高，在低水头水电中竞争能力有所降低。涧头水电站改造工程中，在已有的条件的限制下，通过过洪能力、回水影响的计算和造价比较，最终选定方案③为实施方案。原本造价较高的闸坝却在涧头水电站改造工程中成为最优方案，可以看出在改造工程中的特定条件下，对于方案的选择比较并不能局限于平时的直观认识。涧头水电站改造目的是为了减少20年一遇回水对上游的影响，而闸坝的过流能力比橡胶坝和液压翻板坝要高，通过2孔橡胶坝改造成闸坝便能达到改造要求，对于现有的水工建筑物布置改动最小而减少了其工程的投资，并被确定为最终方案。
鉴于上杭县涧头水电站改造，对于低水头电站改造方案的问题，我们首先要明确工程改造的目的，然后再根据改造前工程的总体布置及其它限制条件，最终才能选择出技术经济上最为可行的方案。
五、结束语
上杭县涧头水电站改造工程中在明确改造目的和根据现有工程布置下，通过对液压翻板坝、橡胶坝及闸坝的技术经济比较，最终选定方案③即将2孔靠近冲砂闸的橡胶坝改造为闸坝的方案作为最终方案。
随着已建电站的老化或者其它原因需要改造的低水头电站，怎么样最大限度的利用现有条件，而选择出最合理的改造方案也将会引起越来越多的关注和研究。
参考文献：
[1] 祁庆和，水工建筑物第三版。
[2] 湖南省水利水电勘测设计研究总院，挡水建筑物分册：橡胶坝与翻板坝，水利水电出版社，2007。
[3] SL227-1998，橡胶坝技术规范。
[4] SL265-2001，水闸设计规范。