煙崗水電站進(jìn)水口引水防沙方案選擇

楊均芳

( 貴州省水利投資有限責(zé)任公司 黔中水利樞紐工程公司水源建管部，貴州 六盤水553000)

1 工程概況

煙崗水電站工程地理位置在涼山州木里縣，為二級(jí)水電站。本工程將要開發(fā)水電站，并且發(fā)展生態(tài)用水。該電站的開發(fā)方式是引水開發(fā)，每天調(diào)節(jié)水位，當(dāng)水庫(kù)屬于正常蓄水時(shí)，水位為3 136.5 m，總庫(kù)容140 萬m3，引水開發(fā)的發(fā)電流量為23.6 m3/s，設(shè)計(jì)水頭615 m，裝機(jī)容量120 MW。為Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3 級(jí)，地震基本烈度為Ⅶ度。本工程由低閘引水樞紐、引水隧洞、壓力埋管、電站廠房及尾水渠等主要建筑物組成。

電站進(jìn)水口側(cè)向布置在河床左岸，即沖沙閘上游左側(cè)，進(jìn)水口軸線與沖沙閘順?biāo)鞣较蜉S線夾角70°，形成“側(cè)向引水，正向沖沙”的布置形式。

2 泥 沙

因?yàn)橐恍┬〉闹媳l(fā)泥石流和最近幾年受淘金的影響，煙崗河段的含沙量逐年增大，這幾年的平均含沙量是0.312 kg/m3，平均懸移質(zhì)的輸送沙量是12.7 萬t，鴨嘴河中懸移質(zhì)顆粒的級(jí)配成果見表1。含有懸移質(zhì)的礦物中，莫氏硬度在5 左右的硬礦物有很多種，懸移質(zhì)的各種粒徑級(jí)中硬礦物的分組含量見表2。多年平均推移質(zhì)輸沙量3.9 萬t/a。

表1 鴨嘴河懸移質(zhì)顆粒級(jí)配表

表2 懸移質(zhì)硬礦物分組含量表

3 引水防沙方案選擇

本電站水頭高，為解決防沙排沙和泥沙調(diào)度問題，防止推移質(zhì)及懸移質(zhì)進(jìn)入取水口，減少過機(jī)含沙量和過機(jī)粗沙對(duì)水輪機(jī)的磨損，所以需要合理地在進(jìn)水口引水結(jié)構(gòu)采取防沙措施以確保機(jī)組安全運(yùn)行，確保過機(jī)沙量在允許范圍內(nèi)( 尤其是粗粒徑的泥沙d ＞0.1 mm) 尤為重要。經(jīng)類比已建成工程擬定了引水防沙方案: “以庫(kù)代池”方案和沉沙池方案進(jìn)行比較，擇優(yōu)選擇。［1］

3.1 “以庫(kù)代池”方案

頭部樞紐“用庫(kù)代池”的方案中，需要在主河道部安排3 孔用泄洪閘，1 孔用沖沙閘，用擋水壩段連接左右岸與閘體，沖沙閘以及泄洪閘底板高程均為3 121.0 m。［2］

進(jìn)水口順河側(cè)向布置于河道左岸，進(jìn)水口與攔河閘兩軸線成70°交角，形成“側(cè)向引水，正向沖沙”的布置形式。另外，還在前進(jìn)水口前沿設(shè)置一道攔沙坎，在沖沙閘和1#泄洪閘之間設(shè)置一道束水墻，利用坎、墻之間的狹道，形成沖沙槽束水攻沙，把攔截在底坎前的泥沙由河床沖沙閘排向下游。

為使大量泥沙不進(jìn)入進(jìn)水口，參考國(guó)內(nèi)已建類似工程經(jīng)驗(yàn)，將進(jìn)水口底板高程定為3 126.00 m，比沖沙閘底板高5.0 m( 表3) ，起到攔粗沙作用。在沖沙閘上游設(shè)置束水墻，束水墻順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)30.0 m，將沖沙閘與泄洪閘上游水流分開，并與進(jìn)水口之間形成一沖刷槽束水沖沙，使沖沙閘前水流加速，提高沖沙能力，改善沖沙效果，將進(jìn)水口前泥沙排向下游使進(jìn)水口前達(dá)到門前清的目的。同時(shí)樞紐設(shè)置較寬的泄洪閘，以排泄河道淤積的泥沙。［3］

表3 國(guó)內(nèi)一些已建類似工程引水防沙進(jìn)水口特性表

3.2 沉沙池方案

煙崗閘址處河谷狹窄，兩岸邊坡由陡岸及陡坡組成。設(shè)計(jì)沉沙池以及安裝開關(guān)設(shè)備，要求洞穴中的室內(nèi)凈尺寸為20m×22.5m ～26m( 寬×高) ，洞穴地理位置位于弱風(fēng)化～微風(fēng)化的千枚巖中，周圍的巖石是不穩(wěn)定的Ⅳ類巖石，其中開挖洞徑最大達(dá)到24.5m×29m，但開挖洞徑大的地方地質(zhì)條件較差。頭部用以樞紐的沉沙池方案和“以庫(kù)代池”方案布置格局相同，河床左岸布置的進(jìn)水口。

但是有所不同的地方在河床的左岸安排在接地沉沙池之中，它在進(jìn)水口的后面，進(jìn)水口中底板的高度是3 124.00 m。進(jìn)水口包括兩個(gè)孔，每個(gè)孔都設(shè)計(jì)有兩道的柵欄，用來攔截污物，孔口的大小都是3.0 m×8.5 m( 寬× 高) ，進(jìn)水閘的閘孔大小都是3.0 m×4.0 m( 寬×高) 。

3.3 “以庫(kù)代池”和沉沙池方案比選

“以庫(kù)代池”和沉沙池方案主要從方案的合理性、泥沙沉降率、工程量和投資等方面進(jìn)行綜合比較選擇。

1) “以庫(kù)代池”的合理性。“以庫(kù)代池”是利用水庫(kù)沉沙的方法，采用泥沙調(diào)度方法，以減少引水含沙量，以確保過機(jī)沙量在允許范圍內(nèi)，原理是在建閘蓄水后，降低閘前水的流速，淤積泥沙。之后再?zèng)_刷淤泥，空出水庫(kù)容量，用來重新淤積泥沙，這樣交替著，就能長(zhǎng)期保持庫(kù)容的循環(huán)。

2) 泥沙沉降率。通過泥沙分析計(jì)算，沉沙池沉降0.1 mm泥沙的沉降率為84%，“以庫(kù)代池”方案水庫(kù)沉降0.1 mm泥沙的泥沙平均沉降率＞85%，二者相比水庫(kù)沉沙效果更好。

3) 工程量和投資。“以庫(kù)代池”方案頭部樞紐的直接費(fèi)用需要3 762.46萬元，沉沙池方案頭部樞紐的直接費(fèi)用需要6 102.73萬元，“以庫(kù)代池”的方案比沉沙池的方案費(fèi)用要少2 340.27萬元，明顯看出以庫(kù)代池的方案較優(yōu)。

根據(jù)四川省已經(jīng)建設(shè)的工程，例如姚河壩水電站、太平驛水電站等的成功經(jīng)驗(yàn)來看，利用“以庫(kù)代池”的運(yùn)行方式替換沉沙池方案也是可行的。

4 模型試驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證“以庫(kù)代池”方案的合理性，又進(jìn)行了泥沙數(shù)模分析和模型試驗(yàn)研究。

4.1 泥沙數(shù)模計(jì)算分析

泥沙沖淤計(jì)算結(jié)果表明: 水庫(kù)運(yùn)行6 a后，庫(kù)區(qū)泥沙沖淤基本達(dá)到平衡，入庫(kù)懸移質(zhì)泥沙的出庫(kù)率＞90%。為使電站取水口盡量不進(jìn)推移質(zhì)泥沙并且使閘前維持一定水深以沉降懸移質(zhì)粗沙，除需要避峰運(yùn)行約2 d/a外，汛期還需要不定期地敞閘泄洪沖沙2 次/a，每次沖沙需要?dú)v時(shí)8 h，可基本保證取水口前沿的泥沙淤積高程低于取水口攔沙坎高程。粒徑＞0.10 mm泥沙的沉降概率＞85%，過機(jī)泥沙大多數(shù)是粒徑＜0.1 mm的懸移質(zhì)泥沙，可以降低過機(jī)粗沙進(jìn)入水輪機(jī)時(shí)對(duì)其的磨損危害。

4.2 泥沙模型試驗(yàn)

根據(jù)水電站沉沙池的設(shè)置條件和泥沙沉降設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，煙崗水電站的額定水頭是601 m，根據(jù)規(guī)范來看最小沉降粒徑的尺寸是0.1 mm。多年平均過機(jī)含沙量要＜0.08 ～0.12 kg/ m3，過機(jī)多年平均尺寸d ＞0.1 mm的粗粒徑泥沙含沙量要＜0.01 ～0.02 kg/ m3。試驗(yàn)及分析結(jié)果表明，煙崗水電站過機(jī)含沙量完全滿足規(guī)范的要求。“以庫(kù)代池”方案完全能夠通過水庫(kù)的泥沙調(diào)度滿足電站引水的要求，“以庫(kù)代池”方案是可行的。

5 結(jié) 論

綜合以上比較，設(shè)置沉沙池和“以庫(kù)代池”均能夠滿足頭部樞紐沉沙以及引水發(fā)電的要求，但是根據(jù)施工地區(qū)地質(zhì)地形條件還有施工難度、泥沙沉降率、工程量和投資等方面綜合比較，“以庫(kù)代池”方案明顯優(yōu)于沉沙池方案，因此煙崗電站引水防沙方案采用“以庫(kù)代池”方案是經(jīng)濟(jì)合理的。

［1］黃波.“以庫(kù)代池”方案對(duì)柳洪電站運(yùn)行的影響［J］. 四川水利發(fā)電，2011，30 ( 6) : 101 －102，123.

［2］劉凡成. 南椏河一級(jí)電站“以庫(kù)代池”方案評(píng)述［J］. 水電工程研究，1998(01) :1 －7，35.

［3］張宗孝. 煙崗電站首部樞紐水工泥沙模型試驗(yàn)報(bào)告［R］. 西安: 西安理工大學(xué)水力學(xué)研究所，2007.