山谷干灰场排水型式和洪水标准调研及探讨

饶俊勇，李模军，陈德智

(1.西南电力设计院，四川 成都 610061；2. 东北电力设计院，吉林 长春 130021)

山谷干灰场排水型式和洪水标准调研及探讨

饶俊勇1，李模军1，陈德智2

(1.西南电力设计院，四川 成都 610061；2. 东北电力设计院，吉林 长春 130021)

通过对国内干灰场的调研，重点探讨干灰场排水系统型式及洪水标准，发现其是影响山谷干灰场安全及投资的关键问题，并得到以下结论：①场外排水系统可采用拦洪坝——卧管的型式；②对于洪水量较大的灰场，场内排水系统宜采用竖井(或斜槽)——卧管的型式，对于洪水量较小灰场，可采用盲沟排水降低费用；③洪水标准宜根据灰坝等级分设计标准和校核标准确定；④灰场宜设置排渗设施；⑤严格规范的运行维护工作是山谷干灰场安全的必要保证。并提出了应对措施。

干灰场；排水系统；洪水标准；排渗设施；运行维护。

贮灰场是火力发电厂的重要组成部分，根据运行方式，分为水灰场和干灰场。水灰场是历史悠久、技术成熟的贮灰场方式；而干式贮灰场以其初期投资低、建设周期短、耗水量少、灰场易于分块、分期建设和使用的优点而后来居上，得到广泛应用。具统计，目前新批准建设的灰场中，干灰场占90%，而水灰场只占10%。

据赴国外考察资料介绍，国外大多数是平原灰场，有成功的设计和运行经验，山谷灰场却不多，尚无可借鉴的经验。而在国内，山谷灰场占灰场中相当高的比例，例如西南地区山谷灰场占95%以上。对于多雨地区的山谷灰场，排水系统型式合理与否决定着实际洪水是否按照规划的线路排放，成为影响山谷干灰场安全的决定性因素。一般山谷干灰场排水系统的投资达数百万元甚至数千万元，占灰场总投资30%以上，某些达到50%，而排水系统的设计和校核洪水标准直接决定着排水系统的规模和投资。洪水标准过高，则灰场防洪可靠性相应提高，但工程投资加大；而过低则反之，有可能洪水来不及排放，危及灰场安全。合适的洪水标准是保证灰场既安全又经济的条件。故对山谷干灰场排水系统型式及洪水标准进行调研有重要意义。

由于国内目前尚没有干灰场方面的设计规范，根据国家能源局下达的2010年能源领域行业标准制(修)订计划(国能科技(2010)320号)文通知要求，新编制定《火力发电厂干式贮灰场设计规范》。为了编制好该规范，真实反应电力行业中干式贮灰场的状况，根据干灰场规范编制计划要求，编制单位对国内干灰场进行调研。调研结果对规范编制提供依据和建议。

1 山谷干灰场调研

调研工作采用函调和现场调研两种方式，函调共收到8个单位提供的16个具有代表性灰场的资料，并对其中5个灰场进行了现场调研。对于山谷干灰场最关键的问题之一的排水系统的型式及设计标准部分调研内容汇总见表1。

表1 山谷干灰场调研

2 排水系统型式及洪水标准探讨

根据调研，干灰场从国外引入国内虽然时间不长，但进行了大量的实践。而且目前的设计和运行管理总体来说是成功的，除个别出现险情外，基本上没发生重大事故。

山谷干灰场在正常运行时灰面上基本见不到积水，但在降雨，特别是连续降雨时，往往又和水灰场相似。因其一般见不到积水，使很多人产生了错觉，认为洪水问题不是干灰场的重要问题，对干灰场安全不够重视。但在调研时，据现场管理人员反映，万盛电厂、华能珞璜电厂在降雨时，截洪沟及灰面上均出现了大量的水；发耳电厂拦洪坝下卧管还被洪水及夹带的砂砾造成严重磨损。许多学者的研究[6]和工程事故教训[4]也说明了这点。故对于山谷干灰场，洪水依然是决定灰场安全的主要因素。

设计干式贮灰场时，理念上应使场内保持相对的干式运行环境；否则，大量洪(雨)水进入灰场，将改变灰场运行环境，对灰渣堆放和灰渣子坝的加高造成影响，并有可能造成洪水翻越灰渣坝体，垮坝，产生泥石流的严重事故。同时，环保部门也对山谷干灰场的排水系统设置提出了严格要求，暴雨时主要的洪水应不和灰渣接触，干净的雨水直接排出灰场范围，少量洪水和灰场范围内的雨水通过场内排水系统排出。根据这个理念，山谷干灰场的设计，一般是结合山洪特点和当地地形条件，采取截堵和疏导的措施，使大量洪水绕过或穿过灰场排至下游。通常拦洪坝位于山谷上游端，用于拦蓄上游流域的洪水，坝下和沟底埋排洪涵管，洪水通过排水系统排至灰场外，该系统称为场外排水系统。下游设置堆石棱体拦截灰场区间雨水，灰场内设置排水竖井等构筑物，确保在运行期间灰场内多余雨水被排走保证灰场安全，但灰渣不至于被场内雨水冲蚀流失，该系统称为场内排水系统。

2.1 场外排水系统主要型式

场外排水系统含截洪沟系统和拦洪坝系统，拦洪坝拦蓄的洪水可采用排水管(涵)引至灰场下游，亦可采用溢洪道或泄洪洞将洪水排至邻近山沟。场外排水系统主要功能是将灰场外的雨水和汇水直接排往灰场下游，避免进入灰场被污染，同时减少进入灰场的洪水量。

从调研情况来看，除灰面以上汇水面积非常小、灰面已接近分水岭的情况外，一般灰场都设有截洪沟。截洪沟以上的汇水不进入灰场，通过截洪沟直接排至灰场下游。截洪沟多采用浆砌块石、素混凝土、钢筋混凝土结构。

拦洪坝根据灰场上游汇水面积和山谷地形情况设置。在山谷比较狭长、库尾汇水面积大的情况下设置。拦洪坝和排水卧管组成系统，将拦蓄洪水穿过灰场排到下游。为防止拦蓄洪水倒灌入灰场，该卧管往往和场内排水系统的卧管分开设置，若合并设置，需在布置时注意拦洪坝拦蓄洪水不倒灌灰场。

2.2 场内排水系统型式

场内排水系统有竖井、卧管、斜槽、渗井、盲沟等，主要目的是排放灰场内雨水，保证灰场安全。场内排水系统多采用竖井(或斜槽)——卧管排水系统。采用该方式的实例很多，西南、中南、西北等地的灰场多采用这种排水系统。从实际运行效果来看，运行情况总体良好，没出过安全事故或存在安全隐患。

在降雨相对较少的地区，也有采用渗井或盲沟排水。

某灰场采用拦洪坝——截洪沟排水系统，即在灰场上游设置拦洪坝，拦蓄洪水通过和拦洪坝连接的截洪沟排至下游，截洪沟按照100年一遇洪水标准设计，其上汇水汇入截洪沟排往灰场下游。截洪沟标高以下灰场内的雨水经初期棱体(初期棱体设有土工布和反滤层)排出灰场。但从实际运行情况来看，截洪沟维护情况不好，部分该截洪沟拦截的汇水进入灰场，棱体渗水能力无法满足排水要求，出现了从棱体顶溢流的情况。可见拦洪坝——截洪沟排水系统容错能力较差，一旦维护不好或出现超标准的洪水，截洪沟不能拦截的洪水就进入灰场，只能依靠灰体和初期棱体通过渗流的方式排水。由于灰坝和初期棱体渗流能力有限，且运行中容易堵塞，容易出现危及灰场安全问题并造成环保事故。而采用竖井(或斜槽)——卧管排水系统，可利用灰场的蓄洪库容调洪，且随水位升高，排水系统排洪能力随着增强，保证洪水从规划的排水通道安全地排出灰场。该系统能力强，运行管理简单，可操作性强。对于洪水量较大的山谷灰场，建议采用竖井(或斜槽)——卧管型式的排水系统；对于洪水量较小的地区，可采用盲沟排水降低费用。

2.3 场外排水系统洪水设计标准

根据调研，拦洪坝洪水标准和灰场洪水标准相同，即按照灰场库容和坝高，确定灰场等级，并按照《火力发电厂水工设计规范》DL/T5339－2006中17.1.4条规定确定拦洪坝洪水标准。从运行效果来看，按照这个标准设计的拦洪坝及排水系统安全还是有保障，目前还没有事故发生的报告。

表2 山谷灰场洪水标准

近年修建的灰场截洪沟洪水标准一般均按照10年一遇设计，早期的灰场截洪沟有按照100年、20年一遇设计。因截洪沟较长，投资高，截洪沟设计洪水标准过高则必然导致投资的大量增加，但多拦截的洪水量有限，故目前规范中规定的10年一遇标准是合适的。

2.4 场内排水系统洪水设计标准

采用竖井(或斜槽)——卧管的场内排水系统洪水标准一般均参照《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339－2006中表17.1.4－1执行(即水灰场洪水标准)。即根据灰场库容和坝高确定灰场等级，再根据等级确定排水系统洪水标准。调研情况和其他学者研究表明，这个标准是合适的，在保证灰场安全和投资方面是比较好的一个平衡点。

采用其它型式的场内排水系统时，洪水标准也参照该规范规定执行。

2.5 排渗结构

浸润线的高低对灰场安全有决定性影响，很多灰场的事故都是因为种种原因引起浸润线过高导致。为了降低运行时浸润线，部分灰场设置了排渗设施。比较典型的是利用盲沟和竖井排渗。当需加高竖井的进水口高程时，不采用封堵的方式，而采用土工格栅及土工布包裹竖井至需要的高程，包裹部分竖井就变成一个渗井，允许水渗入竖井降低浸润线而灰不会进入竖井。设排渗设施的另外一个例子是利用卧管。在卧管上开洞，也可降低浸润线。

2.6 排水系统巡视和维护

灰场排水系统能不能正常工作，洪水能不能按照设计路线排出，直接决定灰场安全，故排水系统的巡视和维护是非常重要的工作。

拦洪坝前一般汇水面积大、地形陡峭、植被较差、水土保持薄弱，为防止卧管淤、堵，影响泄洪，设计时应在坝前设置防撞隔离墩，以防止大块石进入坝前和卧管内，在进水口设置粗格栅，防止树枝、杂草等漂浮物进入并堵塞卧管；运行单位应加强管理，每年汛期前必须对坝前和卧管进行检查、维修和清理，特别是洪水来临时，必须有人在此坚守岗位，发现险情必须及时通报并组织处理。

对灰场的其它设施，如坝坡、排水沟、截洪沟、竖井、排洪卧管、观测设施、库内筑灰情况以及库内水位应经常进行巡视。若发现坝坡局部被践蹋、局部塌方或护坡被损，应加强管理并修复；若发现坝坡渗水、渗漏、下游渗水量突然增大、水质变浑应立即上报，并加强监视；若发现坝体产生裂缝、坝体局部塌方、有滑坡预兆、雨水集中汇流冲刷坝坡等，应立即上报，并及时处理；若发现排水沟、截洪沟、排洪卧管堵塞，应及时疏通；若发现拦洪坝卧管进口拦污栅处被树枝，杂草、大块石等封堵，应及时清除、疏通，若发现观测设施被损，应及时修复。

3 结论

根据调查研究结果，干灰场引入国内虽然时间不算长，但进行了大量的实践，遍布全国各地，从温暖多雨的南方地区到寒冷干旱的北方地区均被大量采用。而且目前的设计和运行管理总体来说是成功的，基本上没发生重大事故。

应根据地形和洪水量确定是否设置场外排水系统，场外排水系统可采用拦洪坝——卧管的型式，亦可采用溢洪道或泄洪洞将洪水排至邻近山沟。

对于洪水量较大的山谷灰场，建议采用竖井(或斜槽)——卧管型式的排水系统；对于洪水量较小的地区，可采用盲沟排水降低费用。

洪水标准宜根据灰坝等级分设计标准和校核标准按照《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339－2006中表17.1.4－1执行(即水灰场洪水标准)，该标准是合适的。设有排水系统并按照标准设计的，运行情况都比较好。

灰场宜设置排渗设施，以降低灰体浸润线。

严格规范的运行维护是山谷干灰场安全的必要保证。

通过本次调查研究，使我们较全面、系统、深入地掌握了山谷干灰场排水设施型式及洪水标准，为更好编制规范奠定了良好基础。

[1]安旭东．干贮灰场防、排洪设计标准及碾压机具、管理站有关问题的探讨[J]．电力建设， 2000，(5).

[2]苑舜．燃煤发电厂贮灰场的安全评价工作[J]．电力安全技术， 2010，(9)．

[3]白春丽．山谷干灰场防洪特点与对策[J]．防洪抗旱， 2009，(4)．

[4]王玉军．干式贮灰场堆灰运行方式与雨季防洪实例分析[J]．电力科技与环保， 2010，(4)．

[5]王秀兰， 马德元．粉煤灰库坝坡稳定性分析评价[J]．工程勘察， 2009，(12)．

[6]霍明．山谷干贮灰场调洪计算探讨[J]．山西建筑，2001，(4).

[7]米占宽， 何筱进．灰坝的排渗结构型式[J]．水利水运工程学报， 2004，(1).

[8]邱承龙，胡昌盛．山谷型干灰场内雨水环保设计思路[J]．环境科学和技术， 2007，(2)．

[9]何琳．火电厂灰场溃坝事故与渗流[J]．四川电力技术， 1998，(4).

[10]同刚， 姚友成．火力发电厂干贮灰场的运行管理[J]．电力设计， 2005，(5)．

Discussion on Floodwater Standard And Drainage Type in Dry Ash Field Valley

RAO Jun-yong1, LI Mo-jun1，CHEN De-zhi2
(1.Southwest Electric Power Design Institute, CPECC Chengdu 610061, China；
2. Northeast Electric Power Design Institute，CPECC Changchun 130021, China)

Based on investigation of local dry valley ash yard, research has been done on type of drainage structure and flood standard, which are key issues that affect the safety and cost of the dry valley ash yard. Following results can be acquired: ① Retaining dyke and drainage pipe system is preferable for exterior drainage structure system.②Drainage well(or inclined trough) and drainage pipe system is the reasonable type of drainage structure. ③Flood standard shall be implemented including design flood standard and check flood standard respectively according to grade of ash dam. ④Seep protecting and drainage facilities shall be built in the dry valley ash yard. ⑤Operation and maintenance is necessary to guarantee the safety. And response measures are proposed.

dry ash yard; drainage structure; flood standard; seep protecting and drainage facilities; operation and management.

TM621

B

1671-9913(2014)03-0045-04

10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2014.03.010

2013-07-16

饶俊勇(1972- )，男，陕西城固人，硕士，高级工程师，主要从事电厂水工结构设计。