十三陵抽水蓄能電站

十三陵抽水蓄能電站系利用已建十三陵水庫為下庫，在蟒山後上寺溝頭修建上庫，上下庫落差430m 。電站裝機容量為80萬kW ，設計年發電量12億kW.h 。據推算，該電站投入運行后，每年可為電網節省煤炭22.5萬t 。其經濟評價，設計年抽水用電量約16億kW.h ，按1987年補充初設資料，內部回收率為27%。

十三陵水庫控制流域面積為223km 2 ，多年平均徑流量3100萬m ，經多年運行證明，豐、平水年可保持高水位運行。由於庫尾存在大宮門古河道滲漏通道，為確保蓄能電站遇連續枯水年能正常運行，採用堵漏防滲及補水相結合的方案，即在庫區中部修建防滲牆堵漏，遇枯水年需由白河堡水庫向十三陵水庫補水，年補水量約220萬m ，引水工程已於1986年建成，設計流量4.3m/s 。

上水庫地層主要為熔岩角礫岩、安山岩，區內斷裂發育。本地區規模較大的F1 、F3 斷層在右壩頭附近交匯，破碎帶寬達40m 。裂隙發育組數多，密度大，平均間距一般小於0.3m ；其中以北西向最發育。左壩頭F107下盤，發育有走向北東30°及北西285°兩組高傾角卸荷裂隙，張開寬度為10～20cm ，無充填。上庫盆內分佈有3條北西西向裂隙密集帶，傾角54～63°，寬15～20m 。岩體受斷裂影響，風化嚴重，一般表層有1～2m 殘積和全風化岩土，全風化帶局部可達10m 以上。鑽孔壓水試驗成果表明岩體以強透水為主。根據上述情況，上庫必須做好全面防滲處理。

水道系統每條長約2000m ，沿線穿過的岩層主要為礫岩，約佔總長度的80%；其次為安山岩和後期侵入的正長斑岩。引水洞長約400m ，局部為正長斑岩岩脈，大部均為安山岩，除進口至閘門井段覆蓋較薄，成洞條件較差外，其餘地段一般覆蓋厚80～100m ，岩石完整，成洞條件較好。高壓管道長約800m ，穿過的岩層除上段約200m長範圍內為正長斑岩外，其餘均為礫岩，上覆岩體厚度60～300m ，一般地段地質條件尚好，但斷裂帶岩體破碎，是高壓管道主要工程地質問題。尾水洞長約1000m ，沿線岩層為礫岩，斷裂不發育，但個別斷層與洞線交角較小，岩體較破碎，要引起注意。廠區地層主要為礫岩，膠結較好。厚500m ，層理不發育，具備修建地下廠房的條件。

電站樞紐主要建築物有上庫、引水道、地下廠房、尾水道及下庫等。上庫採用瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂長460m ，最大壩高70m ；庫盆採用全面瀝青混凝土襯護防滲，周長1628m ，總庫容401萬m 。水道系統有：兩條引水隧洞，長分別為377m和399m ，襯砌內徑5.2m ；在引水隧洞尾部各設1個雙室阻抗式調壓井，豎井襯砌內徑7.2m ；兩條斜井式高壓管道，長分別為815m 和794m ，每條高壓管道分兩支進入地下廠房，襯砌內徑5.2～3.8m ，設計考慮圍岩、混凝土、鋼板聯合作用，設計鋼板最大厚度達40mm ；尾水系統布置採用兩台機匯入一個尾水調壓井，後接一條尾水洞，兩條尾水洞長分別為780m 和840m ，襯砌內徑5.2m ；尾水調壓井為單室阻抗式，豎井襯砌內徑為8m 。地下廠房內安裝4台單機容量20萬kW 機組。地下廠房長度為149m 。

十三陵蓄能電廠上水庫，系利用十三陵水庫左岸蟒山山頂的天然溝道，採用開挖和築壩方式興建。上水庫庫區地質條件複雜，斷裂構造發育，風化嚴重，透水性強，地下水位低，無天然徑流。全部庫岸、庫底及主、副壩填築體上游面均採用混凝土面板防滲護面，防滲面積達175萬ｍ，是中國首次在抽水蓄能電站上水庫大規模採用鋼筋混凝土全面防滲的工程。

軟岩風化料築壩上水庫採用開挖和築壩相結合的方式興建，系利用庫盆開挖料填築。施工開挖揭示，石料風化較強。在總結國內外利用軟岩風化料築壩經驗的基礎上，對壩料進行嚴格的物理力學特性試驗，庫盆開挖的軟岩風化料單軸抗壓強度基本滿足要求，顆粒級配良好，較易壓實，滲透性能較好，但存在材料不均一，部分材料軟化係數偏小，壓縮模量偏低，碾壓后顆粒破碎等問題。儘管比國內外類似工程採用的築壩料差，但仍具有堆石料的明顯特徵，可以用作混凝土面板堆石壩的築壩材料。根據上述結果，上水庫主壩採用強風化及弱風化安山岩壩料填築，其中強風化壩料占壩體方量的56.6% 。

壩基傾斜面特性：上水庫主壩壩基為傾向下游的1：4 斜坡，為此進行基岩面現場大型直剪試驗。試驗表明基岩岩體抗剪強度較低時，堆石沿基岩面的破壞發生在基岩岩體內。基岩岩體的抗剪強度大於堆石的抗剪強度時，剪切破壞面將發生在堆石與基岩的界面處，其抗剪強度將取決於堆石料的內摩擦角和堆石與基岩界面的粗糙程度。因而，堆石料沿基岩面的抗剪強度，依基礎岩體強度與堆石料強度相比較的高低，其抗剪強度的確定方法亦不相同。

壩體剖面的優化：根據上水庫壩址的地形條件、各種不同風化程度的壩料和混凝土面板堆石壩工程的特性及壩體不同部位的重要性，對壩剖面進行合理分區，充分利用庫盆開挖料。由於蓄水後面板堆石壩上游1/3 壩體範圍內的壩體變形受影響程度最大，故在靠近面板上游的主堆石區填築弱風化開挖料。考慮到主壩壩基傾向下游，為提高壩體整體穩定性，在主壩下游坡腳設置弱風化堆石區，採用與Ⅲ區相同的材料。在分析下游壩基地質條件和壩體穩定的基礎上，Ⅱ區料由原來的填築高程508ｍ降至480ｍ，擴大1區料的填築範圍，減少初期弱風化料填築量。針對抽水蓄能電站的運行特點，為給混凝土面板提供均勻可靠的支撐和排除滲水的能力，避免庫水位驟降時產生反向壓力，在緊靠混凝土面板下部設置水平寬度為3ｍ的墊層排水區。

氯丁膠乳瀝青無紡布的應用：上水庫西側山體存在傾向庫外的斷層，影響邊坡的穩定，且斷層在西坡庫盆內側出露。若該區域面板滲漏，滲水將影響西坡的水文地質條件，進而對上水庫工程的安全運行不利。根據上述情況，在上水庫西坡庫盆內坡採用新構造，岩坡基礎和副壩上游面墊層表面設置複合防滲層，選用新材料氯丁膠乳瀝青與聚酯纖維無紡布組成的防滲膜，其上面為無砂混凝土排水層和混凝土面板防滲層，滿足了減少滲漏損失和山體穩定的要求。同時，又可減弱面板基礎的約束，有利於防止面板的裂縫，提高面板混凝土的耐久性。

十三陵抽水蓄能電站是所謂抽水蓄能電站，工作原理是這樣的：白天電網壓力增大，江水又從上庫引向下庫，經過水輪機帶動發電機產生電；晚上使用電低谷期，則用抽水機將水由下庫引向上庫。由此循環來發電。十三陵抽水蓄能電站就是其中之一。

主要任務是：擔負北京地區調峰和緊急事故備用電源，改善首都供電質量；接入華北電力系統，與京津唐電網聯網運行；減少火電頻繁調整出力和開啟，改善運行條件，降低煤耗，同時兼有填谷、調頻和調相等功能。

壩體豎向位移

壩體填築完成時，實測最大豎向位移為683mm。上水庫蓄水前，由於堆石體的自重固結作用等因素，壩體最大豎向位移達847mm，與壩體填築完成時比較其高程位置上移在最大壩高的1/2偏上部，最大豎向位移量相當於軸線壩高的1.13% 。上水庫在水位低於560m高程時，各測點的豎向位移量變化不大，水荷載對壩體沉降變形的影響較小。隨庫水位升高至正常高水位，壩體各測點的豎向位移量變化相對較大，實測最大豎向位移為874mm。至2001年12月底，實測最大豎向位移為9430m，相當於軸線壩高的1.26% 。施工期完成的沉降為壩體豎向位移的90%，壩體豎向位移與壩前蓄水高程密切相關。從壩體豎向位移總體情況來看，其豎向位移過程符合堆石體的變形規律，一是在雨季由於地表水的下滲，增加顆粒間的潤滑作用，使堆石體的固結應力增大，致使壩體豎向位移量較大，二是壩體下游側1區料的豎向位移量比上游側Ⅲ區料大，1區料強風化岩體破碎，且遇水軟化，水環境和自重固結作用使塊體結構發生變化。

壩體壓縮變形模量

對於常規碎石料，壓縮試驗e-p曲線在高應力下基本上為水平線，上水庫主壩壩體1區料在應力達到10～24MP時，孔隙比隨應力有較大變化，說明在高應力條件下，將導致壩體產生較大的豎向位移量。由堆石體實測豎向位移量估算壩體壓縮變形模量平均約為34MPa，與築壩材料的物理力學指標較低是一致的。

壩體水平位移

壩體填築完，實測最大水平位移為87mm；上水庫蓄水前，實測最大位移為150mm。蓄水初期各測點位移量變化不大，在庫水位接近正常蓄水位以後，受水荷載作用，水平位移變形速率增大，至2001年12月底，壩體最大水平位移測點位移量為1800m。一般情況下，在蓄水以前，壩體上游區域的水平位移應指向上游，而十三陵上庫主壩壩體各測點監測水平位移均指向下游，分析認為主要原因有，一是壩基為一傾向下游的斜坡面二是由於壩軸線下游側1區料為強風化岩壩，其固結沉陷較大。

壩基面位移

沿壩基斜坡面上、下遊方向共布置4支TS位移計監測堆石體與壩基間的相對位移，除壩體下游坡腳位置的測點在施工初期位移變形較大外，其餘測點均較小。上水庫充水時，靠近上游測點的位移變形略有增大，在接近正常蓄水位以後有明顯變化，此後基本穩定。反映水荷載對上游主堆石區域沿壩基面的位移變形有一定影響，而對下游壩腳部位的影響較小。從監測結果來看，上水庫堆石體沿壩基面的整體是穩定的。

將庫底排水廊道內各排水管觀測流量總和近似作為庫盆滲漏量。從滲漏量監測結果來看，庫盆滲漏隨大氣溫度和庫水位變化而呈規律性變化。隨氣溫降低，自9月下旬～10月上旬，滲漏量開始增大，到次年1～2月氣溫最低時段達到最大，然後逐漸減小。分析認為，冬季低溫使面板裂縫和分縫的開度增大，在一定程度上降低了面板的防滲性能，反之，縫間受擠壓，有利於面板防滲。同時，滲漏量的大小與庫水位有關，隨水位升高觀測滲漏量略有增大，反之減小，但遠不及溫度變化對滲漏量的影響。上水庫面板滲漏，在庫底排水廊道內彙集流量最大區域為庫底進出水口附近，一般約佔總滲漏量的50% 以上，進出水口結構和位於庫底高程最低處下層排水廊道有利於面板下的滲流彙集，該部位流量較大符合一般滲流規律。另外，在庫水位下降和降雨過後，觀測量水堰的流量迅速減小，表明目前面板下排水系統和壩體的排水性能良好。上水庫正常運行以後，夏季實測滲漏量一般在0.02～1L/S 冬季實測最大滲漏量1997 年為14.16L/S，1998 年為713L/S，1999 年為694L/S，2000 年為563 L/S，2001 年為433 L/S，均小於面板設計滲漏量。實測資料表明，上水庫滲漏量冬季比夏季大，冬季最大滲漏量呈逐年減小的趨勢，分析認，與1998 年上水庫放空檢查處理和細顆粒泥沙淤填而形成的面板裂縫自愈有關。

從防止水庫滲漏和減少水面蒸發考慮，線方案比較理想。但該方案中高達9m的圍堤，距九龍宮僅1000m遠，把圍堤外的大面積裸露河床暴露在遊人面前，無法滿足“十三陵風景區總體規劃”和九龍遊樂園對環境和遊覽的要求。另外，該方案把防滲牆插入到基岩內，切斷了庫區地下水補給水庫的通路，而存蓄在該防滲牆下游的地下水和豐水年來水就會沿古河道漏走。原設計線方案雖然遠離大壩和遊覽區，但防滲牆深達77.5m，再加上超過10 萬m的工程量，為國內所少見。

1、庫區的地質和水文地質條件十三陵盆地處于山區和平原的過渡地段。十三陵水庫位於大寶山漢包山和蟒山之間，寬約1.5km，長約4km 。根據收集的和補充勘探的83個鑽孔資料，可看出庫區的第四系地層大致分為沖積層、洪積層和坡積層三種成因類型。沖積層主要分佈在庫盆底部。其上層為砂卵石層，是本區主要透水層 厚度20m ～35m 。中層為粘土—亞粘土層，淺黃色，可塑—硬塑狀平均厚度20m左右，最厚可達30m ～40m 。下層為砂卵石層，分佈於粘土層之下至基岩面之間，深度40m以下，厚度40m ～50m 。洪積層主要分佈於庫區左岸德陵溝附近，也具有與上述沖積層相似的砂卵石—粘土—砂卵石三層結構，只是其中層粘性土層常夾有卵石透鏡體，致使此層粘性土厚度由20m左右減薄到個別部位4m ～5m 。坡積層分佈在水庫四周較高地段上，以亞粘土、輕亞粘土含碎石為主，與沖積層交錯聯結，透水性較小。

2、對庫區和粘性土的評價根據十三陵水庫壩址地質剖面圖和提供的地質資料，在庫盆中普遍存在一層粘性土層，其頂面埋深約20m ～40m，其厚度由數20m ～25m左右，最厚達30m ～40m 。庫區粘性土層直接與岸邊粘土層相接，形成了一個整體，表明粘土層是連續的。

[1] 十三陵抽水蓄能電站 http://www.ctgpc.com.cn/tgdc/xwdt/xxnr.php?mNewsId=39

[2] 中國水利水電工程網 http://www.slsdgc.com.cn/water/theme1/info.php?id=9138