水力自控翻板閘門在龍勝廣南水電站中的設計應用

摘要：通過介紹水力自動翻板閘門在龍勝廣南水電站中應用情況，介紹設計經驗。

關鍵詞： 水力；自動翻板閘門；水電站；應用；設計

1 工程概況

廣南水電站位于龍勝縣平等鄉廣南村上游約1km處的平等河上，位于平等河中游，電站距縣城60km ，壩址集水面積342km2，壩址以上主河道長48.2km，坡降17.9‰。工程主要由攔河壩、進水口、左岸河床式發電廠房、尾水渠及升壓站組成。總裝機3×800kW，總庫容97萬m3，大壩采用C15混凝土砌石壩，溢流壩段長60.0m，最大壩高15.6m，為單純發電的河床式電站，多年平均發電量：1256.3萬kW·h。工程設計洪水標準取20年一遇，校核洪水標準取100年一遇。設計洪水時最大泄流量為1520m3/s，校核洪水時最大泄流量為2220m3/s。

2 水文氣象和工程地質

2.1 水文氣象

廣南水電站壩址以上流域屬亞熱帶季風區，氣候溫和，濕度較大。從流域附近各雨量站及水文站的雨量資料來看，降雨多集中在3月～8月，占全年降雨量的70%左右。設計流域內無氣候特征資料，移用壩址附近的龍勝縣氣象局觀測的龍勝縣城有關氣候特征值，做為本設計的氣象設計依據，該氣象局有氣象資料30多年，其多年平均氣溫18.1℃，極端最高氣溫為39.5℃，極端最低氣溫為-4.8℃，多年平均風速為2.1m/s，歷年最大風速28m/s。多年平均最大風速18.1m/s。流域內日照短，年平均日照時數為1200h，占可照時數的28%；多年平均蒸發量為1200mm，最大年蒸發量為1400mm；濕度較大，年平均濕度達80%以上。

2.2 工程地質條件

工程區地殼比較穩定，地震活動微弱，歷史上無地震災害記載，本工程區大地構造屬南華準地臺桂北臺隆龍勝褶斷帶，區內無活動性及發震斷裂存在，區域穩定性良好。地震基本烈度為小于Ⅵ度區。工程設計可不作抗震計算。工程區內水文地質條件較簡單，地下水類型主要為基巖裂隙水，第四系零散分布有少許孔隙水，受大氣降水的補給，向就近溪河排泄，地表徑流大，地表水及地下水屬偏碳酸鈣鎂型水，對混凝土無腐蝕性，工程區主要為變質砂巖，屬弱透水巖石。壩址區河谷呈“V”字型，為中低山構造剝蝕地貌，該壩址河段平直，河流由自北東向南西流，河床寬度35m～50m，右岸自然邊坡30°～40°，左岸自然邊坡40°～50°，左岸有公路沿河經過，岸坡大部分為開挖公路棄渣堆填，較松散，厚2m ～3m，右岸邊坡大部分為第四系覆蓋層，厚1m ～2m，兩岸坡部分出露強風化基巖，河床為沖洪積層厚約3.5m ～6.0m，主要由漂石、砂卵石混雜而成。壩址區范圍內未見區域性大斷裂通過。

3 閘門設計方案比較

由于廣南水電站壩址以上集水面積大，洪峰流量較大，要求擋水建筑物泄洪能力強，為了較好地解決泄洪與壅水發電的矛盾，設計采用閘門來控制和調節壩前水位。在閘門型式的選擇中，設計作了定輪平面鋼閘門和液壓同步雙驅動水力自控翻板閘門兩個方案的比較。液壓同步雙驅動水力自控翻板閘結構簡單，建設投資相對節省，施工方便，運行維護管理方便，運行費用低，且加裝液壓啟閉系統，提高閘門的運行安全度和靈活度；定輪平板鋼閘門技術、結構、材料、設計均采用常規方法，但建設投資與運行費用較高，且還需增加交通橋及啟閉機，施工難度大，時間長。定輪平面鋼閘門方案比液壓同步雙驅動水力自控翻板閘門方案工程量及投資比較表詳見表3.1-1。

從表3.1.1可看出，兩方案攔河壩的土建工程量及投資相差不大，但定輪平面鋼閘門方案比液壓同步雙驅動水力自控翻板閘門方案多了57.5萬元， 攔河壩總投資定輪平面鋼閘門方案比液壓同步雙驅動水力自控翻板閘門方案多了258.868萬元；在結構型式相同的情況下，定輪平面鋼閘門方案的進水口、發電廠房、尾水渠的土石方開挖量比液壓同步雙驅動水力自控翻板閘門方案少4970 m3，投資只少12.69萬元，故平面鋼閘門方案比液壓同步雙驅動水力自控翻板閘門方案總投資多了246.178萬元。 經綜合分析比較，設計擬采用液壓同步雙驅動水力自控翻板閘門。選定方案攔河壩下游立視圖見圖1：

4 液控同步雙驅動水力自控翻板閘門主要優點

液控同步雙驅動水力自控翻板閘門主要優點有：①開關控制系統先進。在任何水位下均能夠安全開啟和關閉，以及在未開動液壓系統前提下，達到相應水位后仍能進行正常開啟和關閉；在閘門運行時既能在水力及自重作用下平穩開關，也可借助液控同步啟動系統隨意開啟或關閉閘門。②液壓控制系統優良。翻板閘門的液壓缸具有減振作用，可以有效消除翻板閘門運行過程中拍打、失穩；通過液壓控制解決了雜物卡住而造成的漏水、維修，以及清淤泥等難度大的問題。③整體運行性能安全可靠。雙驅動水力自控翻板閘液壓控制同步啟動，是在最新型翻板閘門的基礎上增設的，其性能在運行中更可靠、更安全。④具有較高的經濟效益和社會效益。該產品能極大地提高工程的自身安全性，便于管理，使用壽命長、投資成本低。

5 水力自動翻板閘門過閘流量的計算原理及成果

目前水力自動翻板閘門過水能力的計算方法是把閘孔出流加堰流和堰流兩種流態進行計算。一般認為，當H >1.2～1.3時，按閘孔出流加堰流的情況計算；當H0 <1.2～1.3時，按堰流計算（Ho為閘前水頭，m；e為閘孔開啟高度，m）。本工程采用門上按傾斜薄壁堰自由出流和門下按閘孔出流的計算方法，計算公式為：Q1=mσaBh堰3/2 ①；Q2=m孔σsBe （2gH0 ） 1/2 ②；Q=Ql+Q2 ③ ；式中Q1為堰流流量（m3/s）；Q2為孔流流量（m3/s）；Q為總的過閘流量（m3/s）；m 為薄壁堰流量系數；a為閘門面板與水平面的夾角（。）；B為閘門寬（m）；h堰為堰上水頭（m）；m孔孔為閘孔流量系數，m孔=0.626一0.624 e/ H。；σs為淹沒系數；H。為閘前水頭（m）；e為閘孔開啟高度（m）。單扇閘門過流量計算成果見自控翻板門流量關系曲線。

5 結束語

本水電站工程自2009年建成運行至今，液控同步雙驅動水力自控翻板閘門運行狀態良好，有效解決了影響閘門運行穩定的因素，使閘門的穩定性有了極大的改善，基本不會發生拍打現象，為工程建設及運行管理節約大量資金。同時項目建成后投入桂林電網穩定運行，對緩解桂林市電力供應緊張狀況，促進龍勝縣的經濟發展具有積極作用。