青春水電站引水系統方案比選

張 杰

(河南省中水水利設計咨詢有限公司，鄭州450003)

青春水電站位于海南省五指山市，所在的暢好河屬南圣河的一級支流，昌化江的二級支流，資源條件優越，電站的主要任務是發電和農業灌溉。

1 引水系統方案選擇

根據現場情況分析，決定對引水系統做“引水明渠方案”和“無壓引水隧洞方案”比選。兩方案各有利弊，任一方案均無明顯優勢，所以需根據各方案的建筑物、工程量、造價、征地、經濟樹木賠償及補償、水保及環保等綜合因素，對兩方案進行比較，推薦較優方案。

2 引水明渠方案輸水建筑物設計

引水系統布置在暢好河左岸，電站廠房布置于南圣河左岸山坡下部。引水發電系統由進水口、引水渠道、灌溉分水閘、前池攔污柵、壓力前池和壓力管道組成。

2.1 進水口攔污柵及進水閘

引水系統進水口布置于泄沖閘左側，為灌溉和發電聯合進水口。進水口設計引水流量4.85 m3/s，其中發電額定引水流量4.41 m3/s，考慮來水量富裕時加大10%引水流量用于電站超發，在灌溉期加大引水流量可分出0.05 m3/s用于灌溉。

進水閘前設置導砂坎，攔污柵段與進水閘段中間用漸縮段銜接。

為了防止洪水期大水漫渠，進水閘設計為上部帶胸墻的形式。正常情況下進水口為明流進水;上游來水≤5 a一遇洪水時，由進水閘控制進水流量，此時為孔流進水;上游來水≥5 a一遇洪水時，洪水將翻越進水閘頂部進入渠道，此時渠道進水流量無法控制，多余流量主要依靠進水閘后渠道上布置的溢流堰和壓力前池溢流堰泄流。進水閘設一道鑄鐵平板檢修工作閘門，攔污柵與進水閘間設漸變段銜接。攔污柵選用2臺15 kN的手動葫蘆啟閉，進水閘選用1臺100kN的螺桿啟閉機啟閉。

2.2 引水明渠

本電站引水渠設計本著安全適用，施工方便，節省工程量及投資的原則進行了渠線選擇和渠型設計，根據地形變化在局部架設渡槽或修建暗渠與明渠銜接，引水渠總長3 787.37 m，其中3座渡槽總長220 m，3座暗渠總長482 m。

渠道設計為兩種渠型。第一種渠型為弧底梯形渠道，渠道底弧半徑0.5 m，坡度1∶1，渠道深2.2 m，設計縱坡為1/1 500。渠底采用現澆C20混凝土厚0.07 m，邊坡用C20混凝土預制板襯砌，渠口寬4.814 m;第二種渠型為矩形渠道，渠道尺寸為1.6 m×2.28 m，設計縱坡為1/1 000。渠道用現澆C20混凝土。每隔2 m設置一根拉梁，拉梁截面0.15 m×0.15 m。在引水樁號0+372.00附近的拐彎處設置青春灌溉分水閘，用1臺型號LQ－0.5側搖全封閉螺桿式啟閉機啟閉。

2.3 暗渠

在輸水線路中有3段渠線穿越高地，在引水渠線中布置了暗渠。暗渠為城門洞型，側墻高1.6 m，底寬1.6 m，頂拱半徑0.8 m。側墻用M15的漿砌石砌筑0.3 m厚，頂拱也用M15的漿砌石砌筑0.3 m厚，底板用0.2厚的現澆C20混凝土，側墻和頂拱內側抹兩道C30砂漿，暗渠設計縱坡為1/1 000。

2.4 渡槽

引水渠線共跨越了3處道路和沖溝，擬架設渡槽。渡槽設計為矩形，內斷面尺寸為1.6 m×2.28 m，設計縱坡為1/1 000。槽身用現澆C20混凝土。每隔2 m設置一根拉梁，拉梁截面0.15 m×0.15 m。墩體基礎用M10漿砌石，排架采用C25現澆混凝土。

2.5 壓力前池

在引水渠末端與壓力前池間設置一道細柵攔污柵，采用手動葫蘆啟閉;攔污柵段后接壓力前池，壓力前池分為兩段，前段為9 m的斜坡漸擴段，坡度1∶4.05，擴散角6.97°，后段為10 m的平底段，寬度為5 m，池底板頂面高程297.88 m。為滿足事故停機、洪水漫渠及其它需要在前池棄水情況，在前池右側設溢流側堰。壓力前池采用分離式底板，底板厚度0.2 m，側墻用重力式擋墻，墻頂寬度0.3 m，墻后邊坡1∶0.35。

2.6 壓力管道

壓力前池末端緊接壓力管道，壓力支管管徑D800。壓力支管末端接水輪機進口設D=800的重錘式液壓自控蝶閥，作為在事故停機突然甩負荷時，導葉自動關閉失效的情況下，作為第二道保護，其次蝶閥也可作為檢修壓力管檢修閥門。壓力管道主管長191.2 m，根據管道布置設4個鎮墩，其余管段采用120°包角現澆混凝土連續管座。鋼管主管內徑1.5 m，壁厚12 mm，支管內徑為0.8 m，壁厚8 mm。壓力管道全程采用暗埋式，內外均采用厚漿型煤焦油環氧瀝青漆防腐，管道外防腐加一道瀝青玻璃絲布外包層。

3 無壓引水隧洞方案輸水建筑物設計

無壓引水隧洞輸水方案取水口布置在樞紐左壩肩上游，進水口垂直泄沖閘布置，引水隧洞布置在暢好河左岸山脊下，洞頂以上最小覆蓋層厚度32 m，最大覆蓋層厚度125 m，電站廠房布置于南圣河左山坡下部，廠房尾水距現有河床高差約4 m。引水系統由進水口、洞進口引水明渠、引水隧洞、洞出口引水明渠、前池和壓力管道組成。

3.1 進水閘

引水系統進水口布置于樞紐左岸緊靠泄沖閘，進水口與泄沖閘呈90°夾角，電站設計引用流量4.85 m3/s，攔污柵段與進水閘間用漸縮段連接。閘室內布置一道鑄鐵平板檢修工作閘門，因攔污柵為寬扁型，為了防止啟閉過程中柵體卡槽，攔污柵雙吊點啟閉，進水閘選用100kN的螺桿啟閉機啟閉。

3.2 引水明渠

本電站在進水口和隧洞之間及隧洞出口與壓力前池間用引水明渠銜接，洞進口引水明渠長15.62 m，在引水渠開始段設置一個灌溉分水閘，分水閘孔口尺寸0.5 m×0.6 m(寬×高)，閘底板高程305.44 m，用1臺型號LQ－0.5側搖全封閉螺桿式啟閉機啟閉;洞出口引水明渠長22.49 m，渠型同隧洞進口明渠。

引水渠型式為矩形，渠道尺寸為2.0 m×1.9 m，設計縱坡為1/1 000，設計引水流量4.5 m3/s，加大引水流量4.85 m3/s。

3.3 引水隧洞

隧洞施工計劃在洞中部約1.5 km處設一個施工支洞，該處有一條沖溝較接近輸水隧洞洞身，支洞長約200 m，施工支洞采用城門洞形，主洞開挖分四個掌子面進行。

引水隧洞型式為馬蹄形，縱坡1/1 000，設計引水流量4.5 m3/s，加大引水流量4.85 m3/s。在隧洞進出口段和施工支洞出口段圍巖較差(Ⅳ～Ⅴ類圍巖)，做鎖口加強處理，在隧洞圍巖較差地段(Ⅲ～Ⅳ)采用加強襯砌，隧洞開挖后先進行噴0.1 m厚的C25細石混凝土一次支護，然后，再澆注0.2 m厚的C20鋼筋混凝土作為二次支護，隧洞底板用C15混凝土現澆0.25 m厚。在圍巖新鮮完整段(Ⅱ類以上圍巖)隧洞只考慮采用噴護80 mm厚C25細石混凝土進行加固減糙處理即可，底板現澆0.15 m厚的C15混凝土。

3.4 壓力前池

在洞出口引水明渠后設置前池;前池分為兩段，前段為11 m的漸擴段，后段為10 m的平底段，溢流側堰布置在前池左側，堰寬10 m;前池采用分離式底板，重力式擋墻。

3.5 壓力管道

壓力前池末端接壓力管道，壓力管道全程采用暗埋式鋼制管道，主管內徑1.5 m，支管管徑0.8 m。壓力支管末端接水輪機進口設DN800的重錘式液壓自控蝶閥。

4 引水明渠方案和無壓引水隧洞方案比選

引水明渠方案工程:優點:工程造價較隧洞方案少48.43萬元，具有一定造價優勢。缺陷:①占地面積比較大;②開挖表土將破壞山坡表層植被，造成新的水土流失，對環保和水土保持不利;③渠線經過地段大部分為橡膠林，征地和經濟賠償數量和難度很大，不確定因素較多;④沿途經過一些耕作區和經濟林，雜物容易進入明渠，對水質有一定影響，清污工作量大。

無壓引水隧洞方案:優點:①工程占地少;②工程區隧洞穿越地段主要為質地良好的花崗巖，地質情況優越，成洞條件良好;③部分隧洞開挖石渣可加以利用作為工程天然建筑材料和路面鋪筑材料，不確定因素較少;④該方案不影響原來的青春引水灌溉渠道，可保證施工期農田的灌溉需要;⑤隧洞方案在環境保護和水土保持方面具有較明顯優勢。缺陷:工程造價較明渠方案略高。

兩方案的主要設計參數和經濟指標詳見表1。

表1 引水明渠方案和無壓引水隧洞方案比較

5 結論

綜上所述，兩種方案在裝機和發電量相同的情況下，隧洞引水方案具有較大優勢。故推薦無壓隧洞引水方案作為本工程輸水方案。

[1]水利部水利水電規劃設計管理.小型水力發電站設計規范[S].北京:水利水電出版社，2002.

[2]電力工業部西北勘測設計研究院.水工混凝土結構設計規范[S].北京:中國計劃出版社，1996.