青龍水電站廠房尾水渠布置研究

鄧興富

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川成都610072)

1 概述

近年來，水電工程中因上游河道施工棄渣或河床推移質(zhì)淤積廠房尾水渠而減少電站出力或影響廠房正常發(fā)電的事例時有發(fā)生。由于青龍水電站廠址階地較狹窄，廠房尾水閘室已接近河床，尾水渠將侵占部分天然河道，束窄了白水江河道行洪斷面，加大了河道水流流速，水流對右岸河岸沖刷較為嚴(yán)重，將影響右岸永久公路及居民住房安全;且尾水出口位于左岸凸岸的末端，尾水渠淤積問題較為突出。因此，結(jié)合尾水渠水力學(xué)模型試驗，研究尾水建筑物布置方案，對確保該電站廠區(qū)建筑物及右岸永久公路的安全和正常運行具有重要意義，可供類似水電工程尾水渠布置參考。

青龍水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣境內(nèi)，采用低閘引水式開發(fā)，電站引用流量132.66 m3/s，利用落差約110 m，裝機容量102 MW。工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧下游生態(tài)環(huán)境及景觀用水。

根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(DL252－2000)》，確定青龍水電站為三等中型工程。廠房及尾水渠等永久性主要水工建筑物級別為3級，建筑物的設(shè)計洪水重現(xiàn)期為50年(Q=460 m3/s，p=2%)，校核洪水重現(xiàn)期為200年(Q=547 m3/s，p=0.5%)。

廠址位于青龍橋上游白水江左岸的Ⅰ級階地上，階地順河長110 m，寬30～50 m，地面高程為1 171 m。該河段呈弧形凸向右岸，流向由S60°E轉(zhuǎn)為N70°E，河谷呈不對稱“U”型谷，枯水期河水面高程1 166.7 m，水面寬18～28 m。階地面高于汛期河水面僅約2 m。

主廠房縱軸線方向為N85°E。安裝間、主機間、主變室、GIS樓呈“一”字形排列。廠內(nèi)安裝三臺單機容量34 MW的水輪發(fā)電機組，機組安裝高程為1 164.5 m。尾水渠布置在主機間正前方與白水江相接，尾水平臺位于主廠房下游，平臺高程為1 174 m。

2 尾水渠布置方案比選

為因地制宜的合理布置尾水建筑物，避免尾水渠內(nèi)泥沙淤積，減小尾水建筑物對河道行洪斷面的侵占，減緩河道沖刷，確保廠區(qū)建筑物及右岸永久公路的安全和正常運行，擬定了兩個尾水渠布置方案進行比較。方案①:尾水斜向出流;方案②:尾水側(cè)向出流。

方案①:尾水斜向出流。尾水渠全長約30 m，渠寬32 m，尾水平臺高程為1 174 m，在尾水平臺上設(shè)有檢修閘門槽。尾水渠在尾水管出口高程1 155.87 m處以1∶3反坡升至1 166 m高程，將尾水排至白水江。在機組滿發(fā)(枯期)工況下，尾水出口水位高程1 168.65 m。具體布置見圖1。

方案②:尾水側(cè)向出流。尾水平臺高程為1 174 m，尾水平臺上設(shè)檢修閘門槽。尾水渠全長78.9 m，其中前段為平坡，長32.9 m，寬15 m;中段為反坡，坡度1∶3.9，長36 m，寬度由15 m變?yōu)?5.4m，頂坡高程1 165.1 m;后段為平段護坦，長10m，鋼筋石籠護底，高程為1 165.1 m，護坦下游40m出口區(qū)域清理至1 165.1 m高程。在機組滿發(fā)(枯期)工況下，尾水出口水位高程1 168.03 m。具體布置情況見圖2。

圖1 尾水渠布置(方案①)示意圖

圖2 尾水渠布置(方案②)示意圖

結(jié)合類似工程經(jīng)驗，方案①廠房尾水渠與天然河道接近正交且位于河道的凸岸，容易產(chǎn)生河床泥沙淤積，抬高尾水位，影響電站正常出力。當(dāng)電站在不發(fā)電或一臺機發(fā)電等工況下，尾水渠出口流速較低，容易出現(xiàn)河床泥沙倒灌入尾水渠、尾水管出口泥沙淤積等不利現(xiàn)象，影響電站正常運行，且尾水水流正向沖刷河道對岸，右岸河岸沖刷較為嚴(yán)重。

方案②通過比尺為1∶25的尾水渠水力學(xué)正態(tài)模型試驗驗證，河道沖淤地形及水流流速分布見圖3。

模型試驗中各級流量下尾水渠出口泥沙沖淤情況見表1。

圖3 河道沖淤地形及水流流速分布圖(Q=460 m3/s)

表1 尾水渠出口推移質(zhì)沖淤高程表

根據(jù)水力學(xué)模型試驗成果可知:①在電站不發(fā)電情況下，尾水渠出口下游將淤積推移質(zhì)，河道流量越大、淤積越嚴(yán)重，但淤積僅出現(xiàn)在平段護坦區(qū)域，電站恢復(fù)發(fā)電后，尾水渠出口下游淤積的推移質(zhì)將被沖走。因此，在不利情況下的淤積問題可以通過電站發(fā)電解決。②當(dāng)電站發(fā)電時，各級流量廠區(qū)附近河道在左岸產(chǎn)生推移質(zhì)淤積，右岸產(chǎn)生沖刷，且隨著流量的增加淤積量增加，沖刷加深。但河道右岸采用擋墻進行保護后，可確保村民房屋及永久公路的安全。③電站一臺機發(fā)電時，尾水出口下游右側(cè)有推移質(zhì)淤積，左側(cè)有一定寬度不淤積。但在三臺機發(fā)電后，尾水渠出口下游所淤積的推移質(zhì)將被沖走。④在三臺機發(fā)電將尾水渠出口下游淤積的推移質(zhì)沖走后，各級流量尾水渠內(nèi)的水位接近天然狀況水位，不影響電站的正常發(fā)電出力。⑤如果尾水渠出口下游產(chǎn)生淤積，可利用三臺機發(fā)電流量沖沙。沖沙效果最佳工況為河道流量較小且電站機組滿發(fā)工況(滿發(fā)流量為132.66 m3/s)(圖4)。

圖4 尾水模型沖沙效果圖

通過綜合比選，方案②樞紐布置順暢，電站尾水管出口可避免泥沙淤積，右岸河岸沖刷范圍和沖刷深度可控，且其較方案①多利用0.62 m水頭，可增加發(fā)電量，總體較優(yōu)。故推薦方案②做為尾水渠布置方式。

3 結(jié)語

青龍水電站已發(fā)電運行近8個月并經(jīng)歷了一個汛期考驗，目前電站運行情況良好，尾水渠內(nèi)未出現(xiàn)泥沙淤積情況，機組出力能滿足設(shè)計要求，河道右岸護坡防護效果較佳，確保了右岸永久公路安全運行和居民房屋的安全。

青龍水電站尾水渠布置格局對狹窄階地岸邊式地面廠房布置具有較好的參考價值。