中、小型引水式水电站水工设计经验介绍

电力18讯：    摘　要：发源于天山北坡的河流一般都具有坡陡水急、水能梯级开发条件好的特点，但同时又存在大河来水丰枯变化大、泥沙多、冬季冰冻严重的问题。文章结合新疆实际，全面系统地介绍了中、小型引水式水电站在引水、泄洪、排冰、排沙和防冰冻破坏方面的水工设计经验。

关键词：水电站；水工设计；经验介绍

新疆兵团农五师地处博尔塔拉蒙古自治州境内，水能资源较为丰富，30多年来，全师已建引水式水电站27座，装机65台，总装机容量2．26万kW，年发电量约9000万kW・h，占五师全年用电量的65％以上。

五师在水电站水工设计中，能够结合当地的自然条件和运行管理水平，比较注重解决好引水、泄洪、排冰、排沙和防冰冻方面的问题，每设计一座新电站之前，都要对已建电站的设计和运行情况进行回访，从中总结经验、找出问题、吸取教训，为优化新建电站的设计提供决策依据。通过30多年的设计和运行实践，在小型引水式水电站水工设计方面积累了一些经验，现总结归纳如下。

1　引水渠首设计

（1）在渠首位置选择时，首先要考虑多引水的要求，要将渠首位置选在来水量大并且河床较为稳定的河段上。有条件的地方，要尽可能将渠首设在潜水溢出带的下游，以争取多引上游河床两侧溢出的泉水，这样既可以增加发电水量，又可以提高水温，利于电站冬季运行。对冬、春季节上游来冰量较多的河道，除要考虑多引水的要求外，还要考虑排冰要求，要尽可能选择有利地形建闸引水，确保渠首在冬、春季节排冰顺畅。

（2）在渠首型式选择上，根据河道的水文特性和渠首所处地形条件的不同，采用不同的渠首型式。一般情况下，采用正面泄洪、排冰、排沙，侧面引水发电的拦河闸式渠首，力求排冰、排沙和河道水流方向一致，达到排冰、排沙耗水量少效果好之目的。在汛期泥沙含量较多的河道上，多采用人工弯道式引水渠首，利用人工弯道的环流作用提高排沙效果。五师已建的阿卡尔引水渠首和托托引水渠首都采用人工弯道式渠首，根据近20年的运行证明，引水、泄洪和排沙效果很好。

2　引水渠道设计

（1）在渠线选择上必须遵循以下原则：尽量走直线，少拐弯，若必须拐弯时，要求弯道半径不得小于10倍渠道设计水面宽度，以求水流稳定；尽量避开地下水位高的大孔隙土和坡积松散地段，尽量走在砂砾土地基上，防止不均匀沉陷和冻胀破坏；尽量减少渠系建筑物；尽量走在向阳背风地段上，以减免渠道冬季结冰。

（2）渠道纵坡设计，既要考虑对电站发电水头的影响，又要考虑渠道冬季输冰的要求。如果引水渠冬季有泉水引入且水温较高而又没有输冰要求时，设计纵坡在满足渠道不淤流速的前提下可以缓些，以争取发电水头，提高长期发电效益。如果渠道冬季有输冰要求时，设计纵坡应满足输冰流速1．3～1．5m／s的要求。

（3）关于渠道断面形式的防渗结构设计，对大劈坡盘山渠道，采用矩形或门洞形暗渠断面，这样既可以有效防止上部塌坡下滑的泥石流危及渠道安全，又可以使渠道冬季保温防冻，确保渠道正常运行。为缩减暗渠的过水断面，减少投资，采用浆砌石外模在过水断面上现浇10cm厚的混凝土防渗层的混合结构，收到了很好的防渗和节省投资效果。对冬性结构梯形渠道，因柔性结构具有较好的抗冻胀变形的适应能力，在五师已建的87团1、2级水电站和88团哈达海1级水电站的引水渠道上，设计采用现浇混凝土板防渗，运行后均发生严重的冻胀破坏，每年都要投入大量资金进行维修。后来在87团汇河1、2级水电站和88团哈达海2级水电站引水干渠设计时，采用了边坡为1∶2．5的梯形断面塑膜防渗和粘土防渗的两种结构形式，都收到了很好的防渗和抗冻胀破坏效果。柔性结构防渗渠道设计时，关键要控制好以下几点：严格控制不冲流速；使跨渠建筑物尽量不改变渠道的过水断面尺寸和流态；合理确定渠道边坡；保证塑膜保护层或粘土防渗层的厚度，并使其干密度不得小于1．6t／m3；适当增加渠肩宽度，防止因渠肩浸水后软化而失去稳定。

3　压力前池设计

（1）在平面布置上，吸取了原来采用正面引水发电、侧面排冰、排沙使用效果差的教训，为提高前池排冰、排沙效果，减免水轮机磨损和前池冬季积冰，现都采用正面排冰、排沙侧面引水发电的平面布置型式，收到了很好的运行效果。

（2）为提高前池的排冰效果：在进水室前增设了一道挡冰板，挡冰板底部伸入到前池冬季最低运行水位以下50cm，以防止冰凌进入进水室；前室采用正面双向溢流排冰设计，扩大了排冰溢流面，缩短了排冰时间；在排冰流道范围内设置了工作桥和拦杆，便于人工破冰和辅助排冰作业。

（3）为提高排沙效果：将排沙闸设在前室底板纵向坡降的最低处，以利汇流排沙；沿排沙闸进口两侧设纵向导沙坎，以形成排沙闸前的纵向漏斗，达到束水冲沙之目的；将前室底板纵坡由传统的平坡改为3％以上的陡坡，加大排沙闸前的输沙流速。

（4）为确保电站冬季正常运行，将传统的开敞式进水室改为封闭虹<