三江口水電站壓力前池改造優化模型試驗研究

（1、三峽電力職業學院 建筑與管理學院，湖北 宜昌 443000 2、中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院，云南 昆明 650033）

摘 要：由于上游起調節作用的茄子山“龍頭”水庫及各梯級電站已陸續開發運行，為云南省三江口水電站增加引用流量擴大裝機容量提供了可行的條件。為了實現這一擴容目標，需要對壓力前池進行改造。文章通過模型試驗對改造前后泥沙淤積形態進行分析研究，提出了較良的符合水力學條件的改造方案，以實現擴容增加經濟效益的目標。文章對類似工程的設計與施工提供了依據。

關鍵詞：壓力前池；改造；泥沙淤積；模型試驗

1 工程概況

云南省三江口水電站位于怒江、蘇帕河及天寧河交匯處，為高水頭徑流式開發，于1993年底建成發電。由于上游起調節作用的茄子山“龍頭”水庫及各梯級電站已開發運行，因此為三江口水電站引用流量從16m3/s增至32m3/s擴機2×16MW創造了可行的條件。為了實現這一擴容目標，需要對壓力前池改造前后泥沙淤積形態進行模型試驗并加以分析研究，提出優良的符合水力學條件的改造方案，以實現擴容增加經濟效益的目標。

2 水力學泥沙模型的建立

為保證原型、模型水力學相似，按重力相似準則設計為1：20的正態定床模型。因原前池泥沙淤積中95%以上粒徑均小于0.1mm，因此前池原型泥沙沉速按層流公式（斯托克斯公式）：

通過沉降比尺？姿？棕=？姿v=4.472計算得原型沙粒徑及沉速與模型沙（精煤粉）粒徑及沉速關系見表1。實際采用的模型沙為曲靖恩洪精煤粉，由于模型沙偏粗，試驗成果應用于原型后，其沖沙效果將好于模型沖沙效果。

3 擴建前前池存在問題及其原因分析

由于原前池泥沙淤積嚴重，一方面造成了只能停機清理淤積泥沙的局面；另一方面部分泥沙進入水輪機，引起水輪機組的嚴重磨損。因此原前池泥沙淤積形態的模型是否合理可靠是有效改造前池的關鍵。為了保證模型試驗成果的相似性與研究成果的科學有效性，先對三江口水電站前池擴建前的基本體型（見圖1）進行了淤沙試驗，驗證原、模型淤沙的相似性。

試驗按隧洞來水及電站引用流量均為16m3/s，電站進水室前為正常蓄水位858.00m，隧洞來水含沙濃度為1kg/m3，原沖沙閘關閉進行模型試驗。

水流進入前池后，主流偏向右側，在前池左側大范圍（約占前池斷面的三分之二寬度）形成大回流區；在壓力鋼管進水室前的靜水坑左右兩側也各有一小回流區；沖沙閘前的回流很弱，似靜水。斷面流速分布與表面流態基本一致。從前池水流分布可以清楚地看到在前池進口平面轉彎段末的流速斷面，由于受彎道水流影響較大，右側最大流速為1.08m/s，左側最大回流流速為0.69m/s；流速通過前池上游段調整至進水室前的斷面，右側最大流速為0.81m/s，左側最大回流流速為0.44m/s，前池右側流速仍為左側流速的近兩倍。

淤積形態與回流形態相對應，進入前池的較粗顆粒泥沙以推移質運動的方式沿前池的右側進入進水室前的靜水坑內，較細的顆粒以懸移質運動的方式大量在左側回流區淤積。該試驗成果與電站原型前池泥沙淤積對照，其區域及形態完全吻合。

4 擴建后前池泥沙淤積形態模型試驗研究及成果

為了改變上述泥沙淤積狀況，必須借增容擴建之機，對原前池進行改造。因增加的容量將達到100%，故首先應增建與原進水室相同的進水室，然后再對原前池進行改造。

在實際的工程樞紐中，前池周邊除了高山就是陡坡，若擴大前池容積則工程量很大，因此，應盡量在不擴大前池容積條件下對原前池進行改造。經過多次試驗研究，最終確定了在前池進口段，部分底板向下挖；在原前池底板上新建中隔墻的推薦體型。具體方案如下：（1）在樁號池左0+020.730m與池右0+013.130m之間建一橫向擋水墻（擋墻上游簡稱配水池），擋水墻頂高程為858.60m，并在墻寬的1/4與3/4處各設寬3.5m，高3.2m的閘門（為1#、2#閘門）來調節前池左右兩廂的流量，以保證左右兩廂流量的均衡及沖沙用。（2）在樁號池左0+016.720m、隔0+000.000m處至池左0+89.610m、隔0+072.51m處設一縱向中隔墻，將前池分為左右兩廂，在左右兩廂的中隔墻頂部每相隔1m增設2m×0.4m（寬×高）的疊梁門，底高程857.60m，隔墻頂高程858.60m。正常運行時，提起疊梁中隔墻兩側水面連通，來調節前池左右兩廂的流量，以保證左右兩廂流量的均衡及沖沙用。（3）在原沖沙閘右側增設一道側堰，側堰長35m，堰頂高程為正常蓄水位858.00m。模型試驗表明：配水池水流翻滾，僅在彎道凸岸及兩導墻下游側有淤積；左廂主要淤積在中偏右側；右廂右側淤積較左側多；但淤積量較左廂有所減少；中隔墻兩側幾乎無淤積。前池總淤積僅為來沙的19%左右。

5 結束語

（1）模型試驗研究是在電站經十多年運行、前池受多種邊界條件的約束和投資限制的基礎上進行的，原前池的流態必然受泥沙淤積，且淤積后難以沖走的限制。擴建后以引用阿鳩田電站尾水為主，水質含沙狀況大為好轉，尤其是壓力前池擴建后運行情況良好，電站可連續運行，徹底解決了以往停機人工清淤的問題，徹底避免了停機損失和人工工時費。

（2）左廂沖沙時，水流可從右廂進入，滿足兩臺機發電的要求，改變了原來前池清淤必須全停機的狀況，增加了經濟效益，同時，右廂沖淤的時間短，又增加了經濟效益。

（3）該水力學模型試驗研究成果已應用于三江口水電站擴建工程實踐中，擴建后工程已投入了使用，壓力前池未出現泥沙淤積與沖沙困難情況。改變了原水輪機泥沙磨蝕嚴重，每年必須大修，更換水輪機過流部件的問題。水力學模型試驗研究成果達到了預期的目的，得到業主方好評。