抽水蓄能电站工程地质勘查工作开展策略分析

李晓明

摘要：随着经济社会的发展及城市化进程的加快，社会对能源的需求不断提升，电力逐渐成为能源的主要组成部分。然而，由于电网规模的不断扩大，电力系统在调配环节还存在一些隐患，在一定程度上制约了电力系统发展。抽水蓄能电站作为电力系统的协调设施，能够“削峰填谷”，实现电力的高效利用。在此背景下，本文从抽水蓄能电站入手，分析其工程地质需求，并通过地质勘查规避可能存在的地质隐患，以保证抽水蓄能电站的工程质量。

关键词：抽水蓄能电站；地质勘查；地下水

在现阶段电力网络逐渐复杂且规模不断扩大的背景下，抽水蓄能电站能够实现电力高峰及低谷时期的电力转移，保证电力网络的平稳性，因此，工作人员要加强对抽水蓄能电站的重视。然而，在发展过程中，抽水蓄能工程的建设规模一般较大，为了保证施工质量，需要勘探人员结合实际地质勘查，研究当地的地质环境及水文条件，从而确定电站的施工位置，并且分析地质环境，研究其存在的地质问题及安全隐患，保证电站工程质量。然而，抽水蓄能电站对地质环境需求较高，针对地质勘查流程较多且技术性较强，在实际作业环节需要结合实际情况对勘查工作的开展策略进行分析，方便勘查工作顺利落实。

一、抽水蓄能电站地质勘查工作概述

（一）抽水蓄能电站及地质勘查的概念

抽水蓄能电站是指利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站，又称蓄能式水电站。它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，还适于调频、调相、稳定电力系统的周波和电压、宜为事故备用，还可提高系统中火电站和核电站的效率。抽水蓄能电站容量增幅大、发展快，是现阶段常见的工程设施之一，在社会中发挥重要功能。然而，其建设对环境要求较高，为了保证其功能顺利发挥，地质勘查也就成为抽水蓄能电站的关键一环。

地质勘查隶属地质工程领域，以自然科学和地球科学为理论基础，以地质调查、矿产资源的普查与勘探、重大工程的地质结构与地质背景涉及的工程问题为主要对象，以地质学、地球物理和地球化学技术、数学地质方法、遥感技术、测试技术、计算机技术等为手段，为国民经济建设提供服务。在抽水蓄能电站中，地质勘查能够对区域内的地质环境进行详细的研究，为电站选择合适的位置，并且对判断可能存在的地质问题进行解决，保证电站作业的安全性。

（二）抽水蓄能电站的功能

不同于传统的水力发电站，抽水蓄能式电站的功能更多倾向于电能的调节，其功能和传统电站存在差异。首先是峰调，电力的使用总额度在不同时期有不同的数值，在某个阶段存在峰值，在某个阶段存在低谷。这就导致峰值阶段电力供不应求，低谷之时电力却过于富裕，在一定程度上影响电力配送的稳定性。抽水蓄能电站能够将富余的电力收集起来用于提升水位，然后在电力供应不足之时利用提升的水位发电。其次是发挥调压调相作用。抽水蓄能电站可以调节局部电压偏高的状况，保证电网电压的稳定性。最后是发挥事故备用作用。电网是一个复杂的规模化网络，很容易受到各种因素的影响出现事故，导致电力配送不及时。在此背景下，抽水蓄能电站能够凭借自身的发电功能实现备用电能的供给，满足故障地的电力配送，进而保证电力系统的稳定性。此外，抽水蓄能电站具有黑启动、系统特殊负荷等功能，在很大程度上推动了社会发展，也进一步推动了抽水蓄能电站发展。

二、抽水蓄能电站工程地质勘查难点

在抽水蓄能电站地质勘查时，还存在一些勘查难点，需要勘查人员对勘查难点进行研究，方便后续工作开展。抽水蓄能电站勘查作业，见表1。

（一）上水库渗透问题

抽水蓄能电站的主要功能是协调电力配送，并且依靠水位进行电力生产，因此，抽水蓄能电站的位置一般选择地形低洼的盆地或者山沟，但是抽水蓄能对水电站位置的要求较高，除了少量的洪屏、泰安等抽水蓄能电站以外，基本上很难找到有天然径流补给的抽水蓄能电站。在此背景下，设计者一般通过工程设计满足抽水蓄能电站的作业需求，通过上水库水源储存。但是上水库相较于盆地地形还存在一些差异，在一定程度上影响勘查作业的开展，需要在主坝之外设计副坝以满足蓄水需求。虽然抽水蓄能电站在上水库库容的要求上不算太大，可以通过山地开挖实现副坝的设计，但是地质质量及边坡的稳定性就可能导致上水库渗漏。在实际作业环节，就需要在抽水蓄能电站的地质勘查环节对上水库的蓄水能力进行详细勘查，明确是否可以有效蓄水，是否会产生渗漏等。要实现这一目的，勘查人员往往需要对上水库进行详细深入的地质测绘，分析上水库的岩层特性及覆盖分布，并且结合当地地下水及地表水分布状况实时调整施工方法，尽可能地规避外界因素的影响。上水库渗透问题会在很大程度上影响勘查作业的开展，不仅增加作业量，还会影响勘查质量，阻碍勘查作业顺利落实。

（二）地下厂房围岩稳定问题

由于抽水蓄能电站的特殊性，其厂房一般设计在地下，围岩的稳定性是影响地质勘查的重要一环。为了保证地下厂房的安全，勘查人员在实际工作中首先需要对厂房的位置勘查，针对当地的工程地质状况进行研究，结合实际的地质综合分析厂房的地理位置、轴线以及地应力等，显著增加地质勘查的任务量及作业难度。勘查人员在勘查过程中需要面对复杂的地质状况及厂房的设计要求，在保证厂房质量的基础上尽可能地对当地地质进行勘查，规避围岩可能发生的隐患。但是地下厂房本身规模较大，会对岩层结构造成影响，人员在地质勘查时面临复杂的环境地质及技术难点，很容易出现失误，影响勘查结果的精准度。

（三）库岸稳定

相较于传统的水利工程，由于抽水蓄能电站需要蓄水来实现电力的调度，库岩的稳定性也就成为工程关注的要点。在实际作业过程中，工作人员需要结合实际的发展需求对库岩的稳定性进行研究，并且综合考虑会对库岩产生影响的因素，诸如岸坡的水下休止角、水下稳定坡角，以及浸水对软弱结构面强度影响等。这样一来，显著增加勘查作业量，不仅需要对水库周边的岩层状况进行调查，确定其性质及稳定性，还需要综合调查周边地质和水库岩层之间的联系，分析各种因素可能对库岩稳定性产生的影响，从而提前采取措施规避，保证施工质量。此外，抽水蓄能电站在水位升降时对周围库岸的压力也会产生影响，进而导致稳定性波动。在此基础上，勘查人员需要对不同水位状况下库岸受到的压力进行研究，综合分析库岸的承载能力，并且采取加固措施增强其稳定性，保证库岸的稳定性。

（四）技术难度较大

在针对抽水蓄能电站的地质勘查作业中，勘查人员需要针对水文及地质等全面的检查，具有很强的技术。在水文方面，水源作为抽水蓄能电站能量转换的介质，需要消耗一定的电能从下水库通过可逆式水泵水轮机组提升。水位的提升对设施的压力也很大，还会对周围的岩层产生很大的影响。为了规避这些因素的影响，需要利用地质勘查技术分析围岩的抗劈裂和防渗能力，判断其最大承载能力，以方便后续的加固作业。输水系统渗水量较大时，也会对周围山体的稳定性产生影响，进一步增加作业难度。抽水蓄能电站水库的水位变化较为频繁，变化幅度也很大，所以对勘查评价的要求很高。

不同抽水蓄能电站规划选点方案见表2。

三、抽水蓄能电站工程地质勘查工作的开展策略

（一）确定勘查目标

对于地质勘查来说，无论是保证勘查质量还是保证勘查作业的落实，确定勘查目标都十分必要。在实际作业环节，需要结合抽水蓄能电站的整体需求确定地质勘查的对象目标进行，以便后续作业开展。首先要重视地质灾害。作业人员需要结合当地的地质特点对地震地质、地质灾害的调查工作，研究其产生原因以及危害程度，便于后续施工有效规避问题，保证作业顺利落开展。其次要重视施工场地地质调查作业。抽水蓄能电站需要大量的设备，这些设备规模较大而且具有较高的精密度，在实际作业环节需要加强对设备场地存放位置的地质勘查。在工作环节，作业人员要重视弃渣场、料场、交通工程、筹建期工程、施工场地等处的勘测工作，了解岩石特点及岩层分布状况，在此基础上分析施工作业的可行性，规避可能存在的安全隐患。最后要重视边坡施工，抽水蓄能电站对边坡的压力较大，很容易出现各种问题，在实际作业环节中需要加强对边坡岩层承载力及防渗透的勘查，并在此基础上设计电站。

（二）3S技术的应用

对于地质勘查来说，3S技术作为一项先进的技术手段，也是勘查的关键手段，需要勘查人员科学运用。首先是地理信息系统的应用。结合3S技术，能够将收集的抽水蓄能区域地质状况整合成资料信息，借助计算机及专业的制图软件将各种信息转化为柱状图、平面图及剖面图等，直观展现出来，供设计人员参考，保证勘查设计质量。其次是定位系统的运用。3S技术一方面能够精准定位厂房位置，保证各个设施协调推进；另一方面，通过定位进行高程测量，有针对性地解决跨沟、跨河水准难以传递的问题，提升测量的精准度，保证勘查质量。最后是遥感技术的应用。遥感技术可以借助各种设备对区域进行范围测量，该技术具有信息丰富、测量范围广及速度快的优势，可以对区域地质状况进行拍摄并且成像，从而及时、快速、准确地反映水电工程所在区域存在的地质及环境问题。

（三）工程物探技术的应用

除却3S技术外，工程物探技术也是常见的技术手段。在实际作业环节，现有的先进物探技术主要有钻孔彩色电视系统和地球物理层析成像技术等，具有其独特的优势，可以满足不同抽水蓄能电站的地质勘查作业需求。首先是钻孔彩色电视系统技术。相较于传统的技术手段来说，利用该技术进行地质勘查具有性能稳定、集成度高，以及电路设计科学合理等优势，可以保证勘查信息的质量。在信息收集及传递环节，该技术的作业失真较少，能够重现场地的彩色图像，耐冲击性能较强且成本较低。目前，随着数字技术的快速发展，钻孔彩色电视系统又在开发图像处理系统的基础上利用工控级主机，形成录像机、监视器、控制器的三位一体，形成一体化的主机控制系统。钻孔彩色电视系统可以通过配接口径不同的钻孔电视探头，对图像进行数字化采集、压缩与存储，既可以将勘查成果刻录成光盘，也可以对图像进行后期的制作与处理。地球物理层析成像技术也就是通常人们所说的CT技术，主要利用已有的钻孔或平洞，采用一定的发射和接收方式，采集和处理透射波，通过研究与分析孔洞之间岩体的波速值，对各区间的岩体评价、分析和判断。

四、结语

综上说述，在实际作业环节，为了保证电力网络的稳定性，抽水蓄能电站成为水利工程及电力工程的关键一环，需要加强对其的重视程度。然而，抽水蓄能电站工程不同，工程地质条件不同，决定了每个站点的工程地质勘查的重点、难点不同，但上水库渗漏、坝基建基面选择、高压管道衬砌型式选择、地下厂房围岩稳定应该是抽水蓄能电站的共同问题。

参考文献：

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