大藤峡水利枢纽工程通水冷却效果探讨

◎ 董立安 广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司

董玉乐 河南德汇投资集团有限公司

刘欢欢 信阳学院

1.工程概况

大藤峡水利枢纽位于珠江流域西江水系的黔江河段，地理坐标为东经110°02′，北纬23°28′。黔江流域地处我国低纬度地带，属亚热带季风气候区，大部分地区的气候特点是春季阴雨连绵，雨日较多；夏季高温湿热，暴雨频繁；秋季常受台风入侵影响；冬季严寒天气少。

流域多年平均气温14℃～22℃，其中上游地区一般为14℃～18℃，中、下游地区一般为17℃～22℃。坝址附近多年平均气温21.5℃，极端最高气温39.2℃，极端最低气温-3.3℃。

大藤峡工程枢纽建筑物主要包括泄水、发电、通航、挡水、灌溉取水、过鱼建筑物等。工程建成后水库正常蓄水位61.0m，汛限水位47.6m，水库总库容为34.3×108m3，其中防洪库容15×108m3；电站装机160×104kW，多年平均发电量61.3亿度。2019年汛后下闸，2020年汛前发电，大藤峡水利枢纽混凝土施工总量约700×104m3。

2.混凝土出机口温度影响因素

利用热平衡原理，混凝土的总比热为：

式中：Gi为每立方米混凝土中第i类材料的重量，kg；Ci为第i类材料的比热，kJ/（kg·k）；Gc为每立方米混凝土的加冰量，kg；C水为水的比热，kJ/（kg·k）；C冰为冰的比热，kJ/（kg·k）。

为保证混凝土充分水化，混凝土出机口温度一般＞3℃，此时拌合用冰已全部融化，上公式中，计算混凝土总比热容时已将冰的比热替换成水的比热。

各种岩石及混凝土组成材料的热学特性，表1数据仅供无试验资料时参考。

3.大藤峡水利枢纽工程通水效果

表2为大藤峡水利枢纽实际采用的抗冲耐磨混凝土配合比及对应的比热容统计结果。

表1 各种岩石及混凝土组成材料的热学特性

表2 统计结果

注：大藤峡7月温度最高，达28.7℃，其余温度数据均采用大藤峡实测数据，混凝土组分为大藤峡抗冲磨混凝土（二级配）。

大藤峡水利枢纽工程主要采用卵石骨料，主要成分为二氧化硅，C30抗冲磨混凝土总比热为2501[kj·（m3·℃）-1]，2017年9月、10月，通过仓号的温控数据，混凝土内部温度达到30℃左右时，2m3/s的制冷水（进水水温10℃）进出水的水温差普遍在3℃～4℃，在2m3/s的流量基础上继续加大通水流量，进出水水温差增加不大，尤其是超过3m3以后流量增大，热交换的时间减小，进水口水温差基本上没有变化。

按照4℃计算，每天制冷水带出的热量：4.2×1000×4×2×24=806400kj。1m×1.5m对应的混凝土的总比热：50×1×1.5×2501=937882.5kj·℃-1。带出的热量除以混凝土总比热暨消峰效果，最高每天可消峰约0.86℃，基本上第一天因混凝土温度距最高温度较远，混凝土和冷却水的温度梯度不大，进出水水温差偏低，约1℃～2℃，按照高峰的40%匡算，第二天在2℃～3℃左右，按照80%匡算，普通硅酸盐水泥3d左右达到最高温度，暨1m×1.5m的水管间距可消峰0.86×2.2=1.89℃。大藤峡水利枢纽工程大体积混凝土主要使用中热水泥，最高温度出现时间基本上第4d～5d，按照理想的5d计算，第一、第二天按照高峰的40%匡算，第三、第四天按照高峰的80%匡算，最后一天按照100%匡算，1m×1.5m的水管间距可消峰0.86×3.4=2.92℃。大藤峡水利枢纽大体积混凝土均采用中热水泥，实际冷却水管间排距1.5m×1.5m，混凝土高峰到来前通过冷却水可降低温度约2℃。

混凝土达到最高温度，意味着混凝土水化热产生的温度和混凝土散发的温度达到平衡，若不通冷却水、自然散热，最高温度的出现时间将进一步推后，按照推后两天计算，1m×1.5m水管间距可进一步消峰0.86×2=1.72℃，1m×1.5m水管间距可进一步消峰0.86×2=1.15℃。

4.结束语

经本次研究，得出以下结论：

（1）温控混凝土通水效果和水化速度关系敏感，优选低热、中热水泥，延长最高温度出现时间，便于混凝土充分散热而消减最高温度。

（2）管长、进出水水温差一致的情况下，通水冷却带出的热量效率主要和冷却水管的间排距离的积成正比，在条件允许的情况下尽量减少减排距。

（3）在大流量通水的情况下，流量和进出水的水温差变化不大，超过3m3后流量增大，热交换的时间减小，单纯增加通水流量，通水冷却效果改善不明显。

（4）大藤峡水利枢纽在采用1.5m×1.5m排水管、中热水泥进行温控的情况下，可消峰约3.15℃，混凝土温控是系统工程，需同步做好出机口温度、环境温度控制等工作。