關于水電站工程設計中的前池結構及布置探討

王樹東

吉林省長春市農安縣水利勘測設計中心

關于水電站工程設計中的前池結構及布置探討

王樹東

吉林省長春市農安縣水利勘測設計中心

水電站作為我國水電事業重要的建設工程，對于提供電力資源、解決電力供需矛盾具有重要意義。水電站工程的主要構件設計的是否合理，將會直接影響到水電站的能否有效運行。而前池是水電站的重要構件之一，因此，水電站工程中的前池設計對于水電站設計工作的順利開展具有重要影響。水電站前池的結構和布置方面設計有很多問題需要探討。

水電站工程；前池結構；布置

隨著市場經濟的持續快速增長，社會生產力的不斷發展進步，人們生產生活中對電力資源的需求也逐步上升。電力資源供不應求的矛盾已經逐漸顯現在現代社會中，電力工作在現代化的建設中占據重要地位。保證電力工作的順利進行，水電站作為重要的發電工程，對于促進電力系統的正常運行、便利人們的生產生活、保障國民經濟的穩定發展，具有重要意義。因而加強水電站的設計工作就顯得尤為必要，要將水電站的工程設計好，前池作為水電站的重要組成部分，對于發電站的正常運行具有重要影響。做好水電站工程前池的結構及布置的設計工作，將會直接影響到水電站的發電供電功能。

1 水電站工程中前池的內涵

壓力前池是指連接無壓引水道與壓力管道，為水輪機調節水量和水位、平穩水流的水池。它設于水電站無壓引水道與壓力管道聯接處。并設有排除雜物、泄放棄水等設施。它由池身、壓力墻、壓力管道進水口、泄水道、排污、排砂、排冰道等組成，各建筑物視需要而設置，某些建筑物可結合使用，如排污、排冰及排沙道可共用一個陡槽。

壓力前池的池身要能容納一定的水體積，多利用有利地形，擴寬、加深形成。池身與引水道間設漸變段。壓力前池位置的選擇應特別注意地基穩定和滲漏條件。

在水電站設計時，都會根據水電站的功能要求，選擇設置一個合理的前池，這種做法對于水電站的平衡發電功能起到保障作用，同時對于水電站自身的安全穩定運行起到良好的促進作用。因而需要對前池的結構和布置進行詳細地分析研究，以確保前池結構和布置能夠達到規范的標準及相關要求，為水電站的正常運行起到良好的輔助作用。

2 水電站工程中前池的結構設計

2.1 前池在水電站工程中起到的具體作用

水電站自身的情況有所不同時，前池的結構設計也將會有所差別，但是大部分水電站工程中前池的總體結構設計都是相似的。

壓力前池在水電站工程中具有如下作用：

(1)節水量。無壓引水道水流經過壓力前池平穩地分配到各壓力管道。當機組出力增加時，從前池補充水量。當出力減小時，前池可容納多余的水量。它一般具有日調節功能。

(2)穩水流。當水電站減負荷時，流入壓力管道的流量將發生急劇減少，利用壓力前池的容積和設有的溢流設施，能迅速消滅涌浪，平穩水流，故它又稱平水池。

(3)設置閘門保證事故關閉和檢修。在壓力墻內設壓力管道進水口，進水口設事故閘門、檢修閘門、通氣孔和啟門設備。在事故情況下，事故閘門可緊急關閉。通氣孔向壓力管道中補氣，避免管道內形成真空。

(4)排除污物、冰凌和泥沙。壓力管道進水口設攔污柵及清污設備，以清除從渠道流來的漂浮物。并可在壓力管道進水口附近設排污道。由于壓力前池中流速低，具有一定的沉沙作用，沉沙可用排沙廊道排出。排沙廊道宜設置在壓力管道進水口下面，以利水流推動泥沙進入廊道。

(5)保證電站下游用水。在電站停止運行時，為保證電站下游用水，需設置泄水道，在堰后設置泄水陡槽。對于引水式電站來說，前池能夠起到“承前啟后”的作用，是一種具有過渡性功能的建筑物。在這類水電站之中，形成前池，通常需要在引水渠(或無壓隧洞)的末端加深渠底，擴大渠道(或無壓隧洞)的斷面尺寸。在引水渠(或無壓隧洞)的末端設置前室、進水室、溢流堰、沖砂閘、泄水渠等建筑物，使得前池具有調節流量的一定容積。同時這種前池的結構對于水電站減緩流速、攔阻雜物、調節水量、平穩水頭、減少水位的波動具有重要作用。

2.2 前池的結構設計

進行水電站前池設計時，主要考慮前池對電站發電時的調節功能。在前池結構設計時，宜采用水利條件較好的正向進水方式，側向進行溢流和排沙。

水電站的前池結構主要由擴散段、池身、進水室、溢流堰、沖沙閘室、沖砂泄水道等部分組成。水電站工程中的前池必須保證進水口水流的平順，且流速要保持分布均勻的狀態，不能形成回流或者集中的底流，為了達到這個目標，電站在設計時宜采用進水口中心線與引水渠道中心線相重合的措施。前池的結構設計中還需要有重要的舉措來防止水流出現渦流的現象發生，保證水流能夠均勻擴散，通常在前池進口用漸變段和上游渠道采用對稱擴散的形式，需要保證單側擴散角不宜超過12°。前池的池身段結構宜采用平順直段的形式，池身長時宜采用分縫的結構，在結構分縫處設一道橡膠止水帶，并在底部設置排水盲溝，各條溝匯集到較低的沖沙閘處，池水隨著沖沙陡槽引出，以達到防止池水滲入到基礎上，造成基礎軟化引起滑動的目的。

3 水電站工程中前池的布置設計

在選擇前池的布置區域時，要綜合考慮水電站的各種情況及總體布置，尤其要對水電站的周圍地理環境、氣候環境進行全面考察，進而選擇一個合理的區域進行前池的布置。

為了保證前池能夠起到對水電站的調節作用和保障其自身的安全性能，一般選擇將水電站工程中的前池布置在地形較為平緩、山坡較為穩定的山脊的天然地基之上，盡可能地避開滑坡和順坡裂隙的發育地段，同時在進行前池的布置時，還需要充分注意到前池建成之后水文地質條件的變化影響周圍建筑物以及高邊坡穩定的不利情形，以求確保前池和下游廠房的安全。合理選擇布置前池的區域，對于充分發揮前池對水電站的綜合效用具有重要意義，同時還能對當地的水文環境起到一定的調節作用，更好維護周圍的生態環境。

4 結語

社會經濟的快速發展，各行各業對電力資源的需求也在逐步上升，想要滿足人們生產生活中對于電力資源的需求，解決現實社會中存在的電力供需矛盾，就需要提高電力企業的供電能力，增強水電站自身的發電能力。水電站的最終目的是為社會、為人民提供良好的電力資源，因而保障水電站發電工作的正常有效運行，就成為眾多水電工作者一直在探索和思考的問題。實踐表明，水電站的結構設施直接影響到了水電站的發電功能，因此，前池結構及布置設計工作做好，會對水電站發電效益的提升起到重要的保障作用。