水能開發(fā)技術(shù)規(guī)程一、總則

水能開發(fā)技術(shù)規(guī)程是規(guī)范水電站項目設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)行及維護(hù)全過程的技術(shù)性文件，旨在確保水能資源的可持續(xù)利用和工程安全穩(wěn)定。本規(guī)程適用于各類水電站項目，包括蓄水式、徑流式、抽水蓄能等類型。

二、規(guī)劃設(shè)計階段

（一）資源評估

1.水文資料收集：需收集項目所在區(qū)域近30年以上的水文氣象數(shù)據(jù)，包括流量、水位、降雨量等。

2.水能計算：采用式（P=9.81ρQHη）計算理論水功率，其中ρ為水體密度（取1000kg/m3），Q為流量（m3/s），H為有效水頭（m），η為水輪機(jī)效率（取0.8-0.95）。

3.可行性分析：評估水資源豐沛度、開發(fā)條件及環(huán)境影響，示例數(shù)據(jù)表明年徑流系數(shù)可取0.6-0.85。

（二）工程選址

1.地質(zhì)勘察：需進(jìn)行基巖承載力、滲流穩(wěn)定性等測試，要求基巖強(qiáng)度不低于10MPa。

2.壩址選擇：優(yōu)先考慮河谷狹窄、地質(zhì)條件穩(wěn)定的區(qū)域，兩岸坡度宜控制在30°以內(nèi)。

3.庫區(qū)規(guī)劃：蓄水高度應(yīng)低于周邊最高山脊線10m以上，避免地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。

三、樞紐工程設(shè)計

（一）大壩工程

1.結(jié)構(gòu)選型：混凝土重力壩適用于地基承載力≥500kPa的區(qū)域，最大壩高可達(dá)200m。

2.材料要求：壩體混凝土抗?jié)B等級不低于W10，抗凍融循環(huán)次數(shù)≥300次。

3.安全校核：需進(jìn)行抗震驗(yàn)算，地震烈度按區(qū)域基本烈度提高1度設(shè)計。

（二）引水系統(tǒng)

1.隧洞設(shè)計：斷面面積按最大流量Qmax計算，襯砌厚度取30-50cm，內(nèi)坡比不陡于1:2。

2.渠道工程：明渠坡度宜為0.3%-1%，需設(shè)置防滲層及沖刷防護(hù)。

3.進(jìn)水口布置：高程應(yīng)低于枯水期最低水位2m，并設(shè)置攔污柵，柵條間距≤10cm。

四、機(jī)電設(shè)備安裝

（一）水輪發(fā)電機(jī)組

1.型式選擇：根據(jù)水頭范圍選擇混流式（H<60m）、軸流式（H<30m）或貫流式（H<20m）。

2.運(yùn)行參數(shù)：額定轉(zhuǎn)速不低于1500rpm，效率要求≥92%。

3.金屬結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)輪葉片材質(zhì)應(yīng)抗汽蝕，硬度HV≥350。

（二）輔助系統(tǒng)

1.油系統(tǒng)：潤滑油總?cè)萘堪磫螜C(jī)額定功率的1:1.5比例配置，需設(shè)置自動監(jiān)測裝置。

2.冷卻系統(tǒng)：冷卻水取用量≤15m3/（kW·h），夏季水溫控制≤30℃。

3.控制系統(tǒng)：采用PLC集中控制，具備自動啟停和故障診斷功能。

五、施工與驗(yàn)收

（一）施工工藝

1.基礎(chǔ)處理：地基承載力檢測合格后方可澆筑混凝土，允許偏差±5%。

2.鋼筋加工：焊接接頭強(qiáng)度不低于母材抗拉強(qiáng)度，彎曲試驗(yàn)無裂紋。

3.調(diào)試流程：分階段進(jìn)行水力模型試驗(yàn)、空轉(zhuǎn)試驗(yàn)及負(fù)荷試運(yùn)行。

（二）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

1.質(zhì)量檢測：大壩滲漏率≤0.05L/(m2·d)，金屬結(jié)構(gòu)焊縫超聲波檢測合格率≥95%。

2.安全評估：需通過荷載試驗(yàn)及運(yùn)行模擬驗(yàn)證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.環(huán)境監(jiān)測：施工期噪聲排放≤85dB，水體懸浮物濃度≤30mg/L。

六、運(yùn)行維護(hù)

（一）日常巡檢

1.檢查內(nèi)容：大壩變形監(jiān)測（每月1次）、滲流觀測（每周1次）、設(shè)備振動分析（每月2次）。

2.異常處置：發(fā)現(xiàn)裂縫寬度＞0.2mm時立即停機(jī)檢修，并上報處理方案。

（二）定期檢修

1.水輪機(jī)大修周期：5-8年，需解體檢查轉(zhuǎn)輪葉片汽蝕情況。

2.發(fā)電機(jī)維護(hù)：軸承磨損量＞0.1mm需更換，絕緣電阻檢測值＞5MΩ。

3.水工設(shè)施養(yǎng)護(hù)：閘門啟閉試驗(yàn)每年不少于2次，沖刷孔清淤每年1次。

七、安全管理

（一）風(fēng)險防控

1.高處作業(yè)：安全帶系掛點(diǎn)必須錨固，墜落高度≤2m時需設(shè)緩沖裝置。

2.水下作業(yè)：采用空氣潛水法時，水面需配備雙監(jiān)護(hù)員。

3.電氣安全：主變壓器中性點(diǎn)接地電阻≤4Ω，低壓設(shè)備漏電保護(hù)器動作電流≤30mA。

（二）應(yīng)急預(yù)案

1.防汛措施：汛期前完成泄洪設(shè)施檢修，儲備砂石料≥500m3。

2.火災(zāi)處置：安裝自動滅火系統(tǒng)，消防栓間距≤30m。

3.人員疏散：制定詳細(xì)路線圖，關(guān)鍵崗位人員需通過應(yīng)急演練考核。

八、技術(shù)附錄

（一）參數(shù)示例表

|項目|單位|典型值范圍|

|--------------|--------|------------------|

|水頭|m|5-200|

|流量|m3/s|10-5000|

|裝機(jī)容量|MW|50-1500|

|年發(fā)電量|億kWh|5-100|

（二）檢測標(biāo)準(zhǔn)

1.壓力管道水壓試驗(yàn)：試驗(yàn)壓力為設(shè)計壓力的1.25倍，保壓時間≥30分鐘。

2.混凝土強(qiáng)度評定：同條件養(yǎng)護(hù)試塊抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差≤3.5MPa。

3.金屬結(jié)構(gòu)防腐：涂層厚度檢測采用超聲波測厚儀，合格值≥80μm。

二、規(guī)劃設(shè)計階段

（一）資源評估

1.水文資料收集：

-須系統(tǒng)收集項目所在集水區(qū)近30-50年的降雨量、蒸發(fā)量、徑流過程、水位變化等水文氣象資料。

-資料來源包括實(shí)測站數(shù)據(jù)、遙感估算數(shù)據(jù)及區(qū)域水文模型輸出。

-對于缺乏實(shí)測資料的區(qū)域，可通過同頻率同系列法或相似流域法進(jìn)行資料插補(bǔ)與延伸。

-收集上游水庫、已建水電站及流域水利工程的調(diào)度信息，分析可能對項目來水產(chǎn)生影響的因素。

示例：若某站點(diǎn)實(shí)測年徑流量波動較大，可通過收集周邊流域相似氣候區(qū)的數(shù)據(jù)，建立相關(guān)性模型進(jìn)行補(bǔ)充。

2.水能計算：

-采用公式P=9.81ρQHη計算水功率（P），其中：

-ρ為水體密度（淡水取1000kg/m3）；

-Q為設(shè)計流量（m3/s），應(yīng)根據(jù)水文分析確定代表年的保證率（如P=90%的枯水流量）；

-H為有效水頭（m），需扣除引水系統(tǒng)沿程水頭損失和尾水損失；

-η為水輪機(jī)效率，根據(jù)水頭、流量范圍參考廠家樣本或經(jīng)驗(yàn)公式估算（混流式水輪機(jī)在額定水頭下效率可達(dá)90%-94%）。

-繪制水頭-流量特性曲線，結(jié)合水輪機(jī)選型，計算不同工況下的出力，繪制P-H-Q曲線。

-考慮水能利用系數(shù)（通常取0.85-0.95），計算實(shí)際可利用水功率。

示例：某徑流式電站設(shè)計流量Q=50m3/s，有效水頭H=30m，選用混流式水輪機(jī)，額定效率η=0.93，則理論功率P=9.81100050300.93≈1.38×10?W，實(shí)際利用功率約為1.17×10?W。

3.可行性分析：

-水資源評估：分析多年平均徑流量、豐枯水期流量特征、年內(nèi)分配及水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，判斷開發(fā)潛力。

-水能開發(fā)條件：評估地形地質(zhì)條件是否適宜建壩、引水，輸變電距離及接入系統(tǒng)條件，施工交通條件等。

-環(huán)境影響初步分析：識別潛在的環(huán)境敏感點(diǎn)（如珍稀物種棲息地、水源保護(hù)地），評估工程建設(shè)和運(yùn)行可能造成的環(huán)境影響。

-經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較：若存在多個開發(fā)方案，需從投資、發(fā)電效益、環(huán)境影響等方面進(jìn)行量化比較，選擇最優(yōu)方案。

示例數(shù)據(jù)：某區(qū)域多年平均徑流系數(shù)為0.75，年徑流總量約15億m3，已開發(fā)利用率低于20%，表明水能開發(fā)潛力較大。

（二）工程選址

1.地質(zhì)勘察：

-壩址區(qū)需進(jìn)行系統(tǒng)的地質(zhì)測繪、勘探（鉆孔、物探、原位測試），查明基巖類型、構(gòu)造、巖體完整性、地應(yīng)力等。

-重點(diǎn)關(guān)注壩基承載力、抗滑穩(wěn)定性、滲漏特性及地震安全性，要求提供詳細(xì)的地質(zhì)報告和巖體力學(xué)參數(shù)。

-示例：對擬建重力壩基巖進(jìn)行測試，要求單軸抗壓強(qiáng)度平均值≥40MPa，彈性模量≥45GPa，滲透系數(shù)≤1×10??cm/s。

2.壩址選擇：

-綜合考慮河谷形態(tài)（寬度、深度、兩岸坡度）、地質(zhì)條件、庫區(qū)淹沒范圍、施工條件、水頭和流量匹配等因素。

-優(yōu)先選擇河谷狹窄、兩岸地質(zhì)穩(wěn)固、壩址高程適宜的區(qū)域，以減小壩體工程量。

-對比不同壩址的工程量、投資、運(yùn)行可靠性及環(huán)境影響，進(jìn)行多目標(biāo)決策。

示例：某項目對比兩個壩址，A壩址河谷狹窄，地質(zhì)條件優(yōu)，但需淹沒耕地較多；B壩址地質(zhì)稍差但淹沒較少，經(jīng)綜合評估選擇A壩址。

3.庫區(qū)規(guī)劃：

-確定正常蓄水位，需考慮防洪要求、發(fā)電效益、航運(yùn)需求（若有）及環(huán)境影響。

-測繪庫區(qū)地形圖，評估淹沒損失（土地、人口、基礎(chǔ)設(shè)施等），制定移民安置規(guī)劃。

-分析庫區(qū)泥沙淤積情況，預(yù)測水庫使用壽命，必要時需設(shè)置排沙設(shè)施。

示例：某水庫正常蓄水位設(shè)定為800m，對應(yīng)淹沒面積15km2，涉及人口約2000人，需制定詳細(xì)的移民安置方案及庫區(qū)生態(tài)補(bǔ)償措施。

三、樞紐工程設(shè)計

（一）大壩工程

1.結(jié)構(gòu)選型：

-根據(jù)水頭、地基條件、施工能力等選擇壩型，常見類型及適用范圍：

-重力壩：適用于高水頭、地基良好的地區(qū)，結(jié)構(gòu)簡單但體積大。

-拱壩：適用于河谷狹窄、地質(zhì)條件好的地區(qū)，受力性能好但施工要求高。

-支墩壩（大頭壩、空腹壩）：適用于中低水頭、軟弱地基或兩岸地形復(fù)雜的區(qū)域。

-土石壩：適用于低水頭、覆蓋層較厚的地區(qū)，施工簡便但穩(wěn)定性要求高。

-進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)模型試驗(yàn)或數(shù)值模擬，驗(yàn)證選型合理性。

示例：某水電站水頭H=120m，河谷狹窄，基巖為花崗巖，最終選用雙曲拱壩。

2.材料要求：

-混凝土：設(shè)計強(qiáng)度等級應(yīng)根據(jù)水頭、結(jié)構(gòu)部位確定（如壩體主體C30-C40），要求抗?jié)B等級不低于W8-W10（水頭越高要求越高），抗凍融循環(huán)次數(shù)應(yīng)滿足區(qū)域氣候條件（寒冷地區(qū)需≥300次）。

-鋼材：壩體鋼筋宜選用HRB400級，環(huán)氧涂層鋼筋在強(qiáng)腐蝕環(huán)境可采用。壩頂溢流面可考慮使用高強(qiáng)鋼（如Q345）制作拋丸硬質(zhì)層。

-填筑料：土石壩的土料應(yīng)滿足最大干密度、最優(yōu)含水量及滲透性要求，反濾料級配需經(jīng)試驗(yàn)確定。

3.安全校核：

-穩(wěn)定分析：包括抗滑穩(wěn)定（抗剪斷公式或有限元分析）、抗傾覆穩(wěn)定（傾覆力矩與抗傾覆力矩之比應(yīng)大于1.1-1.3），需考慮靜、動水壓力及地震作用。

-應(yīng)力分析：計算壩體不同部位的三向應(yīng)力，控制壓應(yīng)力不超過允許值，拉應(yīng)力需設(shè)置構(gòu)造縫或采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)消除。

-變形觀測：設(shè)計變形監(jiān)測系統(tǒng)，包括正垂線、倒垂線、引張線、GPS等，監(jiān)測壩體撓度、位移及地基沉降。

示例：對某重力壩進(jìn)行抗震校核，按7度地震設(shè)防，設(shè)計地震加速度取0.15g，計算壩基動應(yīng)力及加速度響應(yīng)，要求加速度放大系數(shù)不超過2.0。

（二）引水系統(tǒng)

1.隧洞設(shè)計：

-斷面形狀優(yōu)先采用圓形或馬蹄形，尺寸根據(jù)設(shè)計流量、水頭損失計算確定。

-隧洞襯砌需滿足抗?jié)B、抗沖刷、耐久性要求，襯砌厚度根據(jù)圍巖類別、壓力及滲流條件計算（混凝土襯砌厚度通常30-50cm）。

-進(jìn)口段需設(shè)置攔污柵，柵條間距根據(jù)水輪機(jī)進(jìn)口尺寸確定（一般≤10cm），并設(shè)置清污設(shè)備。

-洞身縱坡應(yīng)大于臨界坡度，以防止淤積，一般采用i=0.3%-1.0%。

示例：某引水隧洞設(shè)計流量Qmax=300m3/s，洞徑D=6m，襯砌采用C30鋼筋混凝土，厚度40cm，縱坡i=0.5%。

2.渠道工程：

-明渠設(shè)計需考慮邊坡穩(wěn)定性、沖刷與防護(hù)。邊坡坡比根據(jù)土質(zhì)或襯砌類型確定（漿砌石可取1:1.5-1:2.0）。

-渠底高程應(yīng)低于下游最低運(yùn)行水位，并設(shè)置足夠的縱坡（一般i=0.1%-0.5%）以維持流速防止淤積。

-渠道襯砌材料應(yīng)適應(yīng)水流沖刷，常用混凝土、漿砌塊石或復(fù)合土工膜。

-設(shè)置沖刷孔或排沙閘，定期清淤。

示例：某灌溉引水渠道長10km，設(shè)計流量100m3/s，采用混凝土襯