小型水電站壓力前池的設計及運行

趙劍

摘 要：馬關縣中小河流眾多，小型水電站數量多、容量小、分布廣，這些小型的水電站為馬關縣的經濟和社會發展起到了積極的推動作用。馬關縣是全國首批小水電代燃料試點縣之一，小水電的發展，有效遏制了陡坡開荒和森林過度采伐問題，為國家實施以天然林保護和退耕還林為重點的生態建設提供了較好的社會環境。

關鍵詞：小型水電站；壓力前池；設計和布置

1 壓力前池的概述

1.1 壓力前池的簡介。就現在的小型水電站來說一般都是引水式電站，其中壓力前池占有非常重要的作用。壓力前池一般安置在引水渠的末端，連接著壓力引水管，在水電站發電的時候可以給從這邊流過的水增加一定的壓力，同時還可以有效的隔離水中雜物不進入發電機，同時還降低了水的流動速度、減少了一定的水量，除此之外，其還有使水流動的時候波動減少的作用，可以說其為水電站的發電準備工作提供了很大的便利。

1.2 壓力前池的組成。（1）前室和進水室。進水室是一個比渠道寬、深的一個空間，其水流量要比渠道多很多，同時也具有一定的蓄水功能。在渠道與進水室的中間就是前室，主要是具有一定的調節作用。一般空間的突然增大會使得水流變得急促，有可能會產生漩渦，而前室就是為了防止這樣的事情發生而建立的。（2）壓力墻。這是一個閘墻，具有一定的水流攔截作用，其安置點為壓力水管的進水口。（3）泄水建筑。這個建筑物一般小型水電站都是采用的側堰，相對于其他的泄水建筑物來說比較簡單，安全系數也好不錯，但是其前沿有點長，因此在之前流通的水位總的來說變化還是比較大的。還有一種泄水建筑即為虹吸式泄水道，這個相較于上面一個其具有泄流量大的優點，但是正因為泄流量大，因此會出現泄流量的變化很突然，從而使得水位的變化也比較的突然，引起一定的振蕩，而且，虹吸式泄水道在比較寒冷的地區會非常容易因為結冰而被封住，而且在水中有漂浮物的話也不能進行宣泄。這兩種泄水建筑物都有其相應的優點和缺點，因此在進行選擇的時候要因地制宜，選擇最適合當地的建筑物才是最適合的。（4）排污、排沙、排冰建筑物。自然河道里面會有很多的污物和泥沙，在冬天還會出現冰凌，這些都會給壓力水管帶來一定的危害，因此要在前池就進行隔離與排除，因此就必須建立相關的排污、排沙、排冰建筑物。

2 壓力前池的位置選擇和布置方式

2.1 位置的選擇。壓力前池是連接渠道和壓力水管的中間物，因此首先要根據這兩個建筑物的位置進行選擇，同時還要綜合水電站的整體地形以及當地的地質條件進行位置的選擇。要做到整體的設計和諧緊湊，不會出現斷接的現象，不會因為設計的原因出現安全事故，同時在水進行流通的時候要通暢、平穩。

2.2 壓力前池的布置。（1）布置原則。如果是在陡峻的山坡上面進行布置，其位置低下的地基應該是天然的地基，而不是填方的，因為填方的很容易出現不穩定或者是滲漏的問題，同時壓力前池的前池要盡量的與廠房靠近，這樣是為了將壓力水管的長度進行縮短。（2）布置形式。根據壓力前池的進水方向進行分為正向進水和側向以及斜向進水三種，正向進水中的渠道、壓力前池、壓力水管是在一條軸線上建立的，這樣就可以保證水在進行流通的時候是平穩的狀態，而不會因為地勢的原因產生水流速度的變化，從而造成水量分配不均勻造成水頭損失的結果。但是正是因為這種要求三者建立在一條軸線上面，因此如果在有山坡的地方進行建立的話為了保證軸線一致會采用挖方的形式進行布置，從而產生更大的工程量。另外一種側向進水的渠道軸線與壓力水管的相垂直，這就使得連接兩者的前池處于偏側的方向，在水進行流通的時候，水流在交匯處很容易產生漩渦，從而使得水頭出現損失的現象。而且由于三者不在一條軸線上，必定出產生轉角，而轉角又會集聚很多的泥沙，這樣會嚴重的影響到水力條件，使得水力條件很差。側向進水的優勢就是可以較好的適應條件而建設，將等高線作為渠道軸線和壓力水管軸線的中間轉擇點，使得渠道軸線與等高線平行，使得壓力水管軸線與等高線垂直，這樣就可以很好的減少工程量，而且為了減少污物，可以采用正堰作為泄水道，這樣可以很少的進行排水、排冰以及排污。第三種斜向進水，這種一般用的比較多，其結合了正向進水與側向進水的優勢，補足了劣勢，具有很好的應用價值。

3 壓力前池的布置設計

3.1 前室。前室的空間比較的大，因此可是使經過的沙沉淀下來。從平面設計上來說，其采用逐漸加寬的原則，角度為10°～15°，這個角度是經過測量得出來最安全的角度，角度過大會產生水流漩渦，而太小則會在短途內達不到效果，而增加長度則會增加預算，不劃算。如果引水渠過窄而前池過寬，則需要在兩者中間增加一個分流墩。

3.2 進水室。進水室有蓄水、隔污的功能，其處于前室與壓力墻中間。當壓力水管有兩根以上的時候就應該設置獨立的進水室，一個壓力水管接一個進水室，并且在進水室的進口都要設置相應的攔污設施，還有工作必備的檢修閘門、工作閘門、通氣孔、旁通管、工作橋和啟閉設備等，這樣才能有效的減少進水室的壓力以及保證壓力水管正常工作的水流量。

3.3 壓力墻。壓力墻建立于壓力水管的進口，連接著進水室，其高度較高。壓力墻的設置也可以分為兩種，一種是結合了閘門和通氣孔的，高度要求不高，但是承重能力要求比較高，而另一種是將閘門與壓力墻分開，中間有水井用作通氣孔的，這個壓力墻只作為承受水的壓力，其閘門相較于上一中比較高。

3.4 泄水道。泄水道一般在渠道的最低端或者是前池的邊墻上，包含有溢流堰和虹吸管兩種。溢流堰由于在頂端不會設置閘門，因此其高度一般都會高于前室正常水位的高度，這樣就可以有效的防止水會溢流出來，從而發生事故。溢流堰的斷面一般都是流線型的實用堰，安全系數高，其在下游部分還設有泄水陡槽和消能設施，這樣可以減少水泄流的沖力，防治形成漩渦。

3.5 沖沙道和排冰道。沖沙道一般是設置在前室的最低處的，一般渠道的泥沙在進入前室后會沉淀下來，因此要在前室的底端設置沖沙道來幫助泥沙的排出，其與管道的進水口呈上下層排列方式進行排列。排冰道是用到排泄冬天的冰凌的，其設置的位置在正常水位以下就可以了。

4 壓力前池的運行管理

壓力前池在水電站中起到關鍵性的作用，不僅可以攔截污物、泥沙、浮冰進入水電站的發電站，還可以平衡水的流速、也可以保證水量的正常度，為水電站后面的工作起到一個調節的作用，其正常運行的保證與水電站的正常運行保證息息相關。壓力前池有很多大型的建筑物和小的設備，常年承受著大的壓力和水的浸泡，如果不保養很容易出現事故。水電站的管理人員不僅要對水電站的重要設施進行監控與保養，也要對壓力前池進行隨時的監控，保第一時間掌握壓力前池相關建筑物與設備的運行情況，同時在冬季有及時的排冰，在平時要及時的排沙與清污，還要監測水位的變化情況，了解異常，并解決。冬季是一年內最難的時間，特別是嚴寒地區，很容易因為太冷而出現設備凍裂的情況，因此要經常的監測。還有就是冬天的漂浮物比較大，而且清污也比較困難，但是一定要組織人員進行清理，以防治攔污柵和進水口的堵塞。進水口堵塞會直接影響壓力水管的正常工作，嚴重的還會損壞。

參考文獻

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