淺水河道取水工程中底流槽的應用研究

谷秋成 蔣波

【摘?要】水在火力發電生產過程中，主要擔負著工作介質和冷卻介質的作用，供水可靠性關系到火電廠安全與可靠運行。受選址綜合因素影響，電廠取水條件不夠理想，需要采取相應輔助措施進行彌補。本文介紹了華電（印尼）玻雅項目在淺水河道采用底流槽取水的可行性研究，對同類項目取水方案選取具有一定的借鑒和參考作用。

【關鍵詞】火力發電廠;淺水河道;底流槽;應用研究

1 引?言

華電（印尼）玻雅2×660MW坑口電站工程（以下簡稱“玻雅工程”）位于印度尼西亞南蘇門答臘省，是中國華電集團實施國家“一帶一路”發展戰略的重點工程，一期新建2×660MW超臨界燃煤發電機組，距離供煤礦區約1.6公里，是印尼在建的最大坑口電站。受電站坑口煤礦地理位置影響，工程補充水取自廠址以西1.3公里的Enim河地表水。

Enim河屬于熱帶降雨式含固徑流河，廠址附近的最佳取水點位于“C”字型河段的凹岸側（如下圖所示）。取水河段水淺較急，洪水期水位暴漲暴落，流量和泥沙含量變化較大，河岸地質條件不牢固，諸多不利因素給電廠取水可靠性帶來了挑戰。為保障工程的取水安全，項目組織對水資源和不同取水方案進行了比較論證，最終確定采用明渠引水+開敞式取水的方案。

2 縱向底流槽方案的提出

Enim河取水河段屬于卵石河床和石質河床相間分布，河床為粗粒徑亂石、卵石、沙礫和泥組成的較厚覆蓋層，局部深槽區域分布著淤泥和細顆粒泥沙，厚度約20cm～30cm。取水口累計頻率97%和99%的設計枯水流量分別為1.91m3/s和1.89m3/s，累積頻率97%和99%的設計枯水最大水深僅0.61m和0.60m，不能達到取水深度的設計要求。需要在取水口采取技術措施降底河床，清理沉沙，滿足電廠的取水需求。

根據現場地理條件和收集的水沙特性資料，該河段符合《火力發電廠水工設計規范》中采用縱向底流槽引水的一般要求。在取水口設置縱向底流槽，一方面可解決枯水期取水口水深不足問題，提高取水保證率;另一方面通過設置適合河道特性和取水流量的縱向底流槽，利用水流的自然沖刷帶走槽內淤積的泥沙，可減少人工清淤頻次，確保取水安全。設置縱向底流槽具有工程量小、對河道及環境影響小的優點。

合適的縱向底流槽布置型式和規模等需要通過泥沙物理模型試驗確定，為取水工程的防沙設計提供參考依據，保障工程取水安全，項目委托中國水利水電科學研究院開展了取水口泥沙淤積物理模型試驗研究。

3 底流槽物理模型設計與制作

課題組分析收集的取水河段水文泥沙、水位流量以及沖淤演變等資料，結合取水河段的河道地形特性，確定模型范圍為取水口上下游各500m河段，采用幾何比尺為1：36的正態模型。

為準確的模擬現場情景，試驗按照玻雅取水河段實測1：500地形塑造建設模型地形，并配備了先進的測控儀器設備和完善的自動測控系統，主要包括自動供水控制系統、電動尾門控制系統、自動水位測量系統、自動流速測量系統、自動地形測量系統、流場測量系統和推移質加沙設備等。

合理選用模型沙是模型試驗設計的關鍵，本次研究對象以卵石推移質為主，且粒徑范圍在1cm～30cm，因此選取了九江的天然河沙，經精細加工分組篩選得到，試驗中將分組模型沙按照原型沙依模型比尺縮放后的比例進行配比，以滿足模型沙與原型沙相似的要求。

試驗模型經水位、流速分布和沖淤試驗驗證，試驗結果與現場實測結果基本吻合，滿足水流阻力、水流運動和泥沙沖淤相似要求，可較好的模擬驗證取水河段運行狀況。

4 底流槽方案驗證與優化

為進一步了解取水河段的水沙運動規律，掌握取水工程建設前后取水河段水沙及沖淤變化特性，課題組進行了工程修建前后模型對比試驗，并通過試驗研究給出了縱向底流槽的優化推薦方案。

4.1底流槽取水可行性驗證

本次模型試驗的主要任務是研究取水口前設置縱向底流槽的可行性，并在初步設計基礎上優化縱向底流槽的形態，以盡量減少進入縱向底流槽的推移質泥沙，因此，取水河段的推移質輸沙規律是試驗的重點。

經試驗表明，取水河段在260m3/s（兩年一遇洪水）以下時，隨著流量的增加推移質輸沙能力增強，輸沙帶沿河道主槽走向，與主流基本一致，略偏向河道右岸;流量大于260m3/s后因為水流在左岸漫灘，推移質輸沙能力變化不大。通過對260m3/s和 405m3/s（五年一遇洪水）兩組工況下的推移質輸沙帶試驗發現：隨著流量增加，輸沙帶會稍向左岸方向發展，且略有變寬現象。擬建取水口前的輸沙帶分布位置看，兩種工況下的輸沙帶離取水口口門均還有一定距離，貼岸布置縱向底流槽，基本可以避開主要輸沙帶。

課題組還分別從沿程水位變化、斷面流速分布、取水河段表面流場等角度進行了工程修建前符合性驗證，試驗證明建縱向底流槽具備可行性。

4.2 底流槽方案優化與驗證

原設計縱向底流槽長150m、底寬10m、挖深2.0m，貼岸走向。通過模型對該方案試驗表明，初步設計的底流槽內泥沙淤積比較明顯，人工清淤工作量大，難以滿足安全取水要求。對此，水科院對原縱向底流槽從三個方面進行了優化：一是底流槽入口處保持10m寬度不變，寬度自上而下逐漸縮窄，至出口處縮至5.4m;二是底流槽進口正對河道深槽，增加底流槽進水量的同時減少推移質進沙量;三是將底流槽靠主流側（左側）邊墻標高增高至59.0m，以減少側向進入底流槽的推移質泥沙。

經模型驗證，優化后的底流槽在水位和流場方面無明顯變化，能滿足項目取水需求。試驗重點對底流槽內淤積分布進行驗證，從前期試驗看，45.44m3/s的常規流量下縱向底流槽內基本不會產生泥沙淤積，比較試驗主要考慮104.61m3/s（雨季常遇流量）、260m3/s（兩年一遇洪水）和600m3/s（二十年一遇洪水）三個流量級，輸沙試驗以24h為一個周期，從工程安全的角度，模型輸沙試驗均采用最不利工況的飽和加沙。

輸沙試驗結果表明，優化后的底流槽在上游來流量104.61m3/s和 260m3/s時均能保證取水口附近沒有明顯的泥沙淤積，僅在底流槽進口段和左側底部會產生部分泥沙淤積，一般不會影響取水口的正常取水;在上游來流量 600m3/s時底流槽內有一定量的泥沙淤積，可能會影響取水安全，需加強監測并及時處理。同時，底流槽沖沙試驗結果還表明，在底流槽內產生較多泥沙淤積時，只要水流條件合適（如流量在100m3/s～300m3/s之間時），一般在 24～36h內即可將底流槽內大部分淤積泥沙沖刷出去，可保證取水安全。

試驗發現，由于優化方案的底流槽進口正對河道的主輸沙帶，在流量104.61m3/s和260m3/s的情況下，底流槽進口段有較多的泥沙淤積，為防止極端條件下泥沙淤堵底流槽入口，進而影響枯水期的取水保證率，課題組建議汛前和汛末及時檢查和清理底流槽進口段。

5 結論

研究證明，玻雅工程Enim河取水口建設縱向底流槽，能有效解決取水深度和取水流量不足問題，同時，通過優化底流槽設計，選擇合適的規模和布置型式，可有效防止類似推移質淤積為主的河道取水口淤堵，保證工程取水安全。

致?謝

本工程前期技術論證，得到中國水利水電科學研究院、交通運輸部天津水運工程科學研究院、山東電力工程咨詢院有限公司等單位的大力支持，在此，一并表示深深的感謝！

參考文獻：

[1]火力發電廠水工設計規范?DL/T 5339-2018

[2]《電力工程水務設計手冊》西北電力設計院編，中國電力出版社出版，2005年。

[3]《華電（印尼）玻雅 2×660MW 坑口電站取水口泥沙淤積物理模型試驗研究》，中國水利水電科學研究院?年11月。

[4]《華電（印尼）玻雅2×660MW坑口電站工程水資源論證報告》，交通運輸部天津水運工程科學研究院?年2月。

[5]《華電（印尼）玻雅 2×660MW 坑口電站工程巖土工程勘測報告》（取水口地段），山東電力工程咨詢院有限公司，年6月。

作者簡介：

谷秋成?碩士?畢業于華北電力大學?高級工程師?現任職中國華電香港有限公司（印尼）玻雅EPC項目部項目經理。

蔣?波?學士?畢業于長沙電力學院，高級工程師，現任職中國華電香港有限公司（印尼）玻雅EPC項目部化水專業主管。

（作者單位：華電（印尼）玻雅電站EPC項目部）