烟岗水电站进水口引水防沙方案选择

2013-10-24杨均芳

黑龙江水利科技 2013年1期

杨均芳

( 贵州省水利投资有限责任公司黔中水利枢纽工程公司水源建管部，贵州六盘水553000)

1 工程概况

烟岗水电站工程地理位置在凉山州木里县，为二级水电站。本工程将要开发水电站，并且发展生态用水。该电站的开发方式是引水开发，每天调节水位，当水库属于正常蓄水时，水位为3 136.5 m，总库容140 万m3，引水开发的发电流量为23.6 m3/s，设计水头615 m，装机容量120 MW。为Ⅲ等中型工程，主要建筑物为3 级，地震基本烈度为Ⅶ度。本工程由低闸引水枢纽、引水隧洞、压力埋管、电站厂房及尾水渠等主要建筑物组成。

电站进水口侧向布置在河床左岸，即冲沙闸上游左侧，进水口轴线与冲沙闸顺水流方向轴线夹角70°，形成“侧向引水，正向冲沙”的布置形式。

2 泥沙

因为一些小的支沟爆发泥石流和最近几年受淘金的影响，烟岗河段的含沙量逐年增大，这几年的平均含沙量是0.312 kg/m3，平均悬移质的输送沙量是12.7 万t，鸭嘴河中悬移质颗粒的级配成果见表1。含有悬移质的矿物中，莫氏硬度在5 左右的硬矿物有很多种，悬移质的各种粒径级中硬矿物的分组含量见表2。多年平均推移质输沙量3.9 万t/a。

表1 鸭嘴河悬移质颗粒级配表

表2 悬移质硬矿物分组含量表

3 引水防沙方案选择

本电站水头高，为解决防沙排沙和泥沙调度问题，防止推移质及悬移质进入取水口，减少过机含沙量和过机粗沙对水轮机的磨损，所以需要合理地在进水口引水结构采取防沙措施以确保机组安全运行，确保过机沙量在允许范围内( 尤其是粗粒径的泥沙d ＞0.1 mm) 尤为重要。经类比已建成工程拟定了引水防沙方案: “以库代池”方案和沉沙池方案进行比较，择优选择。［1］

3.1 “以库代池”方案

头部枢纽“用库代池”的方案中，需要在主河道部安排3 孔用泄洪闸，1 孔用冲沙闸，用挡水坝段连接左右岸与闸体，冲沙闸以及泄洪闸底板高程均为3 121.0 m。［2］

进水口顺河侧向布置于河道左岸，进水口与拦河闸两轴线成70°交角，形成“侧向引水，正向冲沙”的布置形式。另外，还在前进水口前沿设置一道拦沙坎，在冲沙闸和1#泄洪闸之间设置一道束水墙，利用坎、墙之间的狭道，形成冲沙槽束水攻沙，把拦截在底坎前的泥沙由河床冲沙闸排向下游。

为使大量泥沙不进入进水口，参考国内已建类似工程经验，将进水口底板高程定为3 126.00 m，比冲沙闸底板高5.0 m( 表3) ，起到拦粗沙作用。在冲沙闸上游设置束水墙，束水墙顺水流方向长30.0 m，将冲沙闸与泄洪闸上游水流分开，并与进水口之间形成一冲刷槽束水冲沙，使冲沙闸前水流加速，提高冲沙能力，改善冲沙效果，将进水口前泥沙排向下游使进水口前达到门前清的目的。同时枢纽设置较宽的泄洪闸，以排泄河道淤积的泥沙。［3］

表3 国内一些已建类似工程引水防沙进水口特性表

3.2 沉沙池方案

烟岗闸址处河谷狭窄，两岸边坡由陡岸及陡坡组成。设计沉沙池以及安装开关设备，要求洞穴中的室内净尺寸为20m×22.5m ～26m( 宽×高) ，洞穴地理位置位于弱风化～微风化的千枚岩中，周围的岩石是不稳定的Ⅳ类岩石，其中开挖洞径最大达到24.5m×29m，但开挖洞径大的地方地质条件较差。头部用以枢纽的沉沙池方案和“以库代池”方案布置格局相同，河床左岸布置的进水口。

但是有所不同的地方在河床的左岸安排在接地沉沙池之中，它在进水口的后面，进水口中底板的高度是3 124.00 m。进水口包括两个孔，每个孔都设计有两道的栅栏，用来拦截污物，孔口的大小都是3.0 m×8.5 m( 宽× 高) ，进水闸的闸孔大小都是3.0 m×4.0 m( 宽×高) 。

3.3 “以库代池”和沉沙池方案比选

“以库代池”和沉沙池方案主要从方案的合理性、泥沙沉降率、工程量和投资等方面进行综合比较选择。

1) “以库代池”的合理性。“以库代池”是利用水库沉沙的方法，采用泥沙调度方法，以减少引水含沙量，以确保过机沙量在允许范围内，原理是在建闸蓄水后，降低闸前水的流速，淤积泥沙。之后再冲刷淤泥，空出水库容量，用来重新淤积泥沙，这样交替着，就能长期保持库容的循环。

2) 泥沙沉降率。通过泥沙分析计算，沉沙池沉降0.1 mm泥沙的沉降率为84%，“以库代池”方案水库沉降0.1 mm泥沙的泥沙平均沉降率＞85%，二者相比水库沉沙效果更好。

3) 工程量和投资。“以库代池”方案头部枢纽的直接费用需要3 762.46万元，沉沙池方案头部枢纽的直接费用需要6 102.73万元，“以库代池”的方案比沉沙池的方案费用要少2 340.27万元，明显看出以库代池的方案较优。

根据四川省已经建设的工程，例如姚河坝水电站、太平驿水电站等的成功经验来看，利用“以库代池”的运行方式替换沉沙池方案也是可行的。

4 模型试验

为了进一步验证“以库代池”方案的合理性，又进行了泥沙数模分析和模型试验研究。

4.1 泥沙数模计算分析

泥沙冲淤计算结果表明: 水库运行6 a后，库区泥沙冲淤基本达到平衡，入库悬移质泥沙的出库率＞90%。为使电站取水口尽量不进推移质泥沙并且使闸前维持一定水深以沉降悬移质粗沙，除需要避峰运行约2 d/a外，汛期还需要不定期地敞闸泄洪冲沙2 次/a，每次冲沙需要历时8 h，可基本保证取水口前沿的泥沙淤积高程低于取水口拦沙坎高程。粒径＞0.10 mm泥沙的沉降概率＞85%，过机泥沙大多数是粒径＜0.1 mm的悬移质泥沙，可以降低过机粗沙进入水轮机时对其的磨损危害。

4.2 泥沙模型试验

根据水电站沉沙池的设置条件和泥沙沉降设计标准中规定，烟岗水电站的额定水头是601 m，根据规范来看最小沉降粒径的尺寸是0.1 mm。多年平均过机含沙量要＜0.08 ～0.12 kg/ m3，过机多年平均尺寸d ＞0.1 mm的粗粒径泥沙含沙量要＜0.01 ～0.02 kg/ m3。试验及分析结果表明，烟岗水电站过机含沙量完全满足规范的要求。“以库代池”方案完全能够通过水库的泥沙调度满足电站引水的要求，“以库代池”方案是可行的。