旮旯水電站壓力前池退水方案比選

呂慶平

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

旮旯水電站壓力前池退水方案比選

呂慶平

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

交城縣旮旯水電站是一座引水式電站，為保證電站安全，壓力前池須設退水設施。根據地形條件，電站壓力前池有退水管和退水渠兩個方案，對壓力前池退水的兩個方案從工程布置、工程運行管理、工程投資等方面進行了綜合比較，認為明渠退水方案更加經濟合理，可為類似工程提供借鑒。

水電站；壓力前池；退水方案

1 工程概況

擬建的交城縣旮旯水電站位于文峪河干流上，是一座引水式電站，電站裝有3臺水輪發電機組，總裝機容量1500kW，電站設計水頭29.0m，平均發電流量6.00m3/s。年發電量470萬kW·h，年利用小時數3133h，該工程是呂梁市第一個小水電代燃料項目。

旮旯水電站工程由取水樞紐、引水渠道、引水隧洞、壓力前池、壓力管道、電站廠房、尾水道及尾水渠組成。取水樞紐壩址選在會立鄉田家溝村南1km處的文峪河干流上，河流彎道的下游側；電站站址選在西社鄉野則河村北2km處文峪河干流右岸的旮旯灘上。在取水樞紐處垂直水流方向建有長46m、最大壩高6.5m、底寬13m、頂寬1.91m的漿砌石溢流壩。在溢流壩右端垂直壩軸線方向設2孔3.0m×3.0m沖沙閘，在沖沙閘右側設一孔2.0m×2.0m胸墻式進水閘，進水方向與河道水流方向成25°左右，進水閘下游接引水渠道。水流經過進水閘后，沿河道右岸臺地上0.983km長的引水渠道東行并南折至引水隧洞進口，穿過東南走向0.812km長的引水隧洞進入壓力前池，通過直徑為1400mm的單根壓力鋼管后分岔變為3根直徑為900mm的壓力鋼管進入主廠房，水輪機尾水管后接尾水道及尾水渠至下游文峪河河道。在主廠房右側布置副廠房，副廠房內設高壓開關柜室和中控室，副廠房右側布置2臺升壓變壓器。

2 電站壓力前池工程布置

電站壓力前池有一定的容積，對水流有一定的調節作用。當電站出力發生變化時，水電站的流量也發生變化，而水電站上游的來水量通常比較固定，水電站變化的流量可從壓力前池得到調節。反之如果上游來水流量發生變化時，此時壓力前池也可起到一定的調節作用。

壓力前池位于樁號1+795.00～1+824.49，其上游段為15.50m長擴散段，水平擴散角5.53°，底坡1∶5.3；壓力前池凈長7m、寬5.30m，池底高程966.31m，前池設計水位971.00m，池頂高程972.41m，池深6.10m，為鋼筋混凝土結構，池壁厚60cm，底板厚60cm。前池左側為溢流堰和排空沖沙閘，溢流堰堰頂高程971.10m、寬度5.0m，排空沖沙閘孔口尺寸為1.0m×1.0m，閘門采用鑄鐵閘門，啟閉機采用手電兩用螺桿啟閉機。

壓力前池下游設有攔污柵和控制閘，攔污柵孔口尺寸為3.0m×5.59m，控制閘孔口尺寸為1.4m×1.4m，控制閘門下游側設有漸變段及進排氣孔，閘門采用鑄鐵閘門，啟閉機采用手電兩用螺桿啟閉機。

壓力前池設計基礎底高程約966m，該段地面高程967～987m。表層為土質岸坡，坡度25°左右，堆積物為全新統坡積低液限粉土夾碎塊石，結構較松散，厚度3～5m，下伏基巖為下太古界界河口群黑云角閃斜長變粒巖。壓力前池基礎大部分置于基巖強風化層上，少部分置于基巖弱風化層上。

3 電站壓力前池退水方案

當電站機組甩負荷，壓力前池事故閘門快速關閉或電站進水流量減少時，由于引水渠進水閘遠離電站，來不及關閉或關小，此時壓力前池必須設退水設施，以保證電站安全。

根據地形條件，電站壓力前池退水方案有兩個：退水管方案（方案一）和退水渠方案（方案二）。根據電站發電設計流量，電站壓力前池退水的最大流量按6.00m3/s考慮。

3.1 方案一

方案一是在壓力前池的右側池壁上設置退水側堰，退水經過側堰和堰后連接段進入165m長的PCCP退水管道，退水管道布置于電站壓力前池和壓力管道的右側，順山坡鋪設至文峪河岸邊，尾部設有孔筒式消力池，其后采用M7.5漿砌石陡坡渠道接入文峪河河道。

3.1.1 堰頂寬度及堰頂水深

退水側堰的堰頂寬度及堰頂水深根據分水角為直角時的側堰進行水力計算后確定。當按最大流量6.00m3/s計算時，僅為側堰出流，計算公式為：

式中：Q——側堰流量，m3/s；

c——側堰流量系數，可取0.95m，m為正堰流量系數，本工程按WES實用堰考慮，取m=0.502；

b——側堰凈寬，m；

H——堰上水頭，m。

經計算，當b=5m時，H=0.7m，加上安全超高等后，確定退水側堰的缺口高度為1.3m。

3.1.2 PCCP管徑

退水所用PCCP管徑采用簡單管道水力計算公式計算后確定，計算公式為：

式中：Q——管道流量，m3/s，按6.00m3/s計算；

μc——管道流量系數；

ω——管道斷面面積，m2；

H——作用水頭，m。

經計算，當管道直徑為0.9m時，滿足過流能力要求，考慮到管徑規格及留有安全余量，選取退水PCCP管徑為1.0m。

3.2 方案二

方案二主要考慮利用電站北側的一條寬淺沖溝，在壓力前池左側池壁上設置退水側堰，退水經過側堰和堰后連接段進入207m長的退水明渠，退水明渠布置于電站壓力前池和壓力管道的左側，退水渠前段以i＝1/100縱坡沿邊山等高線布置，為基巖渠道，底寬2m，邊坡1∶0.75，渠底及右側采用10cm混凝土抹面，將水退至北側天然寬淺沖溝內，即進入退水渠后段，順溝底縱坡垂直等高線開挖底寬2m、深1.5m的退水陡槽再將水退至文峪河。

退水渠渠深采用明渠均勻流水力計算公式確定，計算公式為：

式中：Q——渠道流量，m3/s，按6.00m3/s計算；

ω——管道斷面面積，m2；

C——謝才系數，m1/2/s；

R——斷面水力半徑，m；

i——渠道縱坡。

經計算，當糙率系數為0.025，水深為1.0m時，滿足過流能力要求，考慮安全超高，選取退水渠渠深為1.5m。

3.3 方案比選

該電站壓力前池兩個退水方案比較見表1。

表1 壓力前池退水方案比較表

上述兩個退水方案在技術上均具可行性，其中方案一的退水線路位于電站下游側，利用管道退水，管道均埋置于地下，運行安全性要高于方案二，但投資較大；方案二利用明渠退水，超泄能力較大，可保證運行安全，投資明顯小于方案一，施工方便，不需外購管道。因此，通過技術經濟比較，本工程壓力前池退水方案采用方案二，即明渠退水方案。

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1004-7042（2011）08-0037-02

呂慶平（1976-），女，2003年畢業于太原理工大學水利水電工程專業，助理工程師。

2011-06-18；

2011-07-20