张 杰

(河南省中水水利设计咨询有限公司，郑州450003)

青春水电站位于海南省五指山市，所在的畅好河属南圣河的一级支流，昌化江的二级支流，资源条件优越，电站的主要任务是发电和农业灌溉。

1 引水系统方案选择

根据现场情况分析，决定对引水系统做“引水明渠方案”和“无压引水隧洞方案”比选。两方案各有利弊，任一方案均无明显优势，所以需根据各方案的建筑物、工程量、造价、征地、经济树木赔偿及补偿、水保及环保等综合因素，对两方案进行比较，推荐较优方案。

2 引水明渠方案输水建筑物设计

引水系统布置在畅好河左岸，电站厂房布置于南圣河左岸山坡下部。引水发电系统由进水口、引水渠道、灌溉分水闸、前池拦污栅、压力前池和压力管道组成。

2.1 进水口拦污栅及进水闸

引水系统进水口布置于泄冲闸左侧，为灌溉和发电联合进水口。进水口设计引水流量4.85 m3/s，其中发电额定引水流量4.41 m3/s，考虑来水量富裕时加大10%引水流量用于电站超发，在灌溉期加大引水流量可分出0.05 m3/s用于灌溉。

进水闸前设置导砂坎，拦污栅段与进水闸段中间用渐缩段衔接。

为了防止洪水期大水漫渠，进水闸设计为上部带胸墙的形式。正常情况下进水口为明流进水;上游来水≤5 a一遇洪水时，由进水闸控制进水流量，此时为孔流进水;上游来水≥5 a一遇洪水时，洪水将翻越进水闸顶部进入渠道，此时渠道进水流量无法控制，多余流量主要依靠进水闸后渠道上布置的溢流堰和压力前池溢流堰泄流。进水闸设一道铸铁平板检修工作闸门，拦污栅与进水闸间设渐变段衔接。拦污栅选用2台15 kN的手动葫芦启闭，进水闸选用1台100kN的螺杆启闭机启闭。

2.2 引水明渠

本电站引水渠设计本着安全适用，施工方便，节省工程量及投资的原则进行了渠线选择和渠型设计，根据地形变化在局部架设渡槽或修建暗渠与明渠衔接，引水渠总长3 787.37 m，其中3座渡槽总长220 m，3座暗渠总长482 m。

渠道设计为两种渠型。第一种渠型为弧底梯形渠道，渠道底弧半径0.5 m，坡度1∶1，渠道深2.2 m，设计纵坡为1/1 500。渠底采用现浇C20混凝土厚0.07 m，边坡用C20混凝土预制板衬砌，渠口宽4.814 m;第二种渠型为矩形渠道，渠道尺寸为1.6 m×2.28 m，设计纵坡为1/1 000。渠道用现浇C20混凝土。每隔2 m设置一根拉梁，拉梁截面0.15 m×0.15 m。在引水桩号0+372.00附近的拐弯处设置青春灌溉分水闸，用1台型号LQ－0.5侧摇全封闭螺杆式启闭机启闭。

2.3 暗渠

在输水线路中有3段渠线穿越高地，在引水渠线中布置了暗渠。暗渠为城门洞型，侧墙高1.6 m，底宽1.6 m，顶拱半径0.8 m。侧墙用M15的浆砌石砌筑0.3 m厚，顶拱也用M15的浆砌石砌筑0.3 m厚，底板用0.2厚的现浇C20混凝土，侧墙和顶拱内侧抹两道C30砂浆，暗渠设计纵坡为1/1 000。

2.4 渡槽

引水渠线共跨越了3处道路和冲沟，拟架设渡槽。渡槽设计为矩形，内断面尺寸为1.6 m×2.28 m，设计纵坡为1/1 000。槽身用现浇C20混凝土。每隔2 m设置一根拉梁，拉梁截面0.15 m×0.15 m。墩体基础用M10浆砌石，排架采用C25现浇混凝土。

2.5 压力前池

在引水渠末端与压力前池间设置一道细栅拦污栅，采用手动葫芦启闭;拦污栅段后接压力前池，压力前池分为两段，前段为9 m的斜坡渐扩段，坡度1∶4.05，扩散角6.97°，后段为10 m的平底段，宽度为5 m，池底板顶面高程297.88 m。为满足事故停机、洪水漫渠及其它需要在前池弃水情况，在前池右侧设溢流侧堰。压力前池采用分离式底板，底板厚度0.2 m，侧墙用重力式挡墙，墙顶宽度0.3 m，墙后边坡1∶0.35。

2.6 压力管道

压力前池末端紧接压力管道，压力支管管径D800。压力支管末端接水轮机进口设D=800的重锤式液压自控蝶阀，作为在事故停机突然甩负荷时，导叶自动关闭失效的情况下，作为第二道保护，其次蝶阀也可作为检修压力管检修阀门。压力管道主管长191.2 m，根据管道布置设4个镇墩，其余管段采用120°包角现浇混凝土连续管座。钢管主管内径1.5 m，壁厚12 mm，支管内径为0.8 m，壁厚8 mm。压力管道全程采用暗埋式，内外均采用厚浆型煤焦油环氧沥青漆防腐，管道外防腐加一道沥青玻璃丝布外包层。

3 无压引水隧洞方案输水建筑物设计

无压引水隧洞输水方案取水口布置在枢纽左坝肩上游，进水口垂直泄冲闸布置，引水隧洞布置在畅好河左岸山脊下，洞顶以上最小覆盖层厚度32 m，最大覆盖层厚度125 m，电站厂房布置于南圣河左山坡下部，厂房尾水距现有河床高差约4 m。引水系统由进水口、洞进口引水明渠、引水隧洞、洞出口引水明渠、前池和压力管道组成。

3.1 进水闸

引水系统进水口布置于枢纽左岸紧靠泄冲闸，进水口与泄冲闸呈90°夹角，电站设计引用流量4.85 m3/s，拦污栅段与进水闸间用渐缩段连接。闸室内布置一道铸铁平板检修工作闸门，因拦污栅为宽扁型，为了防止启闭过程中栅体卡槽，拦污栅双吊点启闭，进水闸选用100kN的螺杆启闭机启闭。

3.2 引水明渠

本电站在进水口和隧洞之间及隧洞出口与压力前池间用引水明渠衔接，洞进口引水明渠长15.62 m，在引水渠开始段设置一个灌溉分水闸，分水闸孔口尺寸0.5 m×0.6 m(宽×高)，闸底板高程305.44 m，用1台型号LQ－0.5侧摇全封闭螺杆式启闭机启闭;洞出口引水明渠长22.49 m，渠型同隧洞进口明渠。

引水渠型式为矩形，渠道尺寸为2.0 m×1.9 m，设计纵坡为1/1 000，设计引水流量4.5 m3/s，加大引水流量4.85 m3/s。

3.3 引水隧洞

隧洞施工计划在洞中部约1.5 km处设一个施工支洞，该处有一条冲沟较接近输水隧洞洞身，支洞长约200 m，施工支洞采用城门洞形，主洞开挖分四个掌子面进行。

引水隧洞型式为马蹄形，纵坡1/1 000，设计引水流量4.5 m3/s，加大引水流量4.85 m3/s。在隧洞进出口段和施工支洞出口段围岩较差(Ⅳ～Ⅴ类围岩)，做锁口加强处理，在隧洞围岩较差地段(Ⅲ～Ⅳ)采用加强衬砌，隧洞开挖后先进行喷0.1 m厚的C25细石混凝土一次支护，然后，再浇注0.2 m厚的C20钢筋混凝土作为二次支护，隧洞底板用C15混凝土现浇0.25 m厚。在围岩新鲜完整段(Ⅱ类以上围岩)隧洞只考虑采用喷护80 mm厚C25细石混凝土进行加固减糙处理即可，底板现浇0.15 m厚的C15混凝土。

3.4 压力前池

在洞出口引水明渠后设置前池;前池分为两段，前段为11 m的渐扩段，后段为10 m的平底段，溢流侧堰布置在前池左侧，堰宽10 m;前池采用分离式底板，重力式挡墙。

3.5 压力管道

压力前池末端接压力管道，压力管道全程采用暗埋式钢制管道，主管内径1.5 m，支管管径0.8 m。压力支管末端接水轮机进口设DN800的重锤式液压自控蝶阀。

4 引水明渠方案和无压引水隧洞方案比选

引水明渠方案工程:优点:工程造价较隧洞方案少48.43万元，具有一定造价优势。缺陷:①占地面积比较大;②开挖表土将破坏山坡表层植被，造成新的水土流失，对环保和水土保持不利;③渠线经过地段大部分为橡胶林，征地和经济赔偿数量和难度很大，不确定因素较多;④沿途经过一些耕作区和经济林，杂物容易进入明渠，对水质有一定影响，清污工作量大。

无压引水隧洞方案:优点:①工程占地少;②工程区隧洞穿越地段主要为质地良好的花岗岩，地质情况优越，成洞条件良好;③部分隧洞开挖石渣可加以利用作为工程天然建筑材料和路面铺筑材料，不确定因素较少;④该方案不影响原来的青春引水灌溉渠道，可保证施工期农田的灌溉需要;⑤隧洞方案在环境保护和水土保持方面具有较明显优势。缺陷:工程造价较明渠方案略高。

两方案的主要设计参数和经济指标详见表1。

表1 引水明渠方案和无压引水隧洞方案比较

5 结论

综上所述，两种方案在装机和发电量相同的情况下，隧洞引水方案具有较大优势。故推荐无压隧洞引水方案作为本工程输水方案。

[1]水利部水利水电规划设计管理.小型水力发电站设计规范[S].北京:水利水电出版社，2002.

[2]电力工业部西北勘测设计研究院.水工混凝土结构设计规范[S].北京:中国计划出版社，1996.