廖腾耀

(新疆水利水电勘测设计研究院,乌鲁木齐 830000)

文章编号：1006—2610(2015)03—0039—03

岸边式电站厂房复杂尾水渠水力学计算

廖腾耀

(新疆水利水电勘测设计研究院,乌鲁木齐 830000)

水电站岸边式厂房尾水渠的布置应根据地形地质、河道流向、泄洪影响、泥沙淤积等情况分析确定；对尾水渠各断面形式进行水力学计算，笔者对某水电站岸边式厂房尾水渠水力学进行计算，以保证尾水水流平顺、不出现雍水、流态平稳、能量损失小。

岸边式电站；尾水渠;水力学；计算

1 方案论述及工程布置

某水电站装机容量为150 MW，工程主要由拦河引水闸、输水渠道、压力前池、压力管道、电站厂房、尾水渠等组成，属Ⅲ等中型工程，发电厂房及尾水渠道为3级建筑物。发电厂房设计洪水标准P=1%(100年一遇)，洪峰流量为1 556.4 m3/s；校核洪水标准P=0.5%(200年一遇)，洪峰流量为1 781.9 m3/s。电站加权平均水头195.49 m，装机利用小时数4 221 h，多年平均年发电量6.33亿kWh。

本工程为引水式电站，选择在某峡谷尾端出山口处新建引水枢纽引水，输水渠道基本沿等高线在山前冲积扇中上部布置至电站前池，全长27.826 km；压力前池布置于山前冲积扇——平台山，距离河道岸边约1.6 km；前池后压力管道沿冲积扇垂直等高线布置，泄水槽布置在压力钢管的左侧，末端接入尾水渠中。发电压力管线长1 688 m，采用2管5机供水，发电厂房为岸边式厂房，布置在凹岸河段左侧陡坎的下缘河漫滩上，电站尾水通过长约656.5 m尾水明渠顺接入天然河道，电站最大引用流量96.4 m3/s，天然河道生态基流为12.2 m3/s。

尾水建筑物由尾水闸墩、尾水反坡、尾水渠组成。尾水闸墩长66.85 m，宽14 m，尾水闸墩后接尾水反坡段。尾水反坡由平直段及斜坡段组成。其中平直段长4.5 m，宽57.203 m，高程为2 098.747 m，后接斜坡段；斜坡段坡度1∶4、长61.372 m，宽57.203 m，斜坡段末端高程为2 114.09 m，后接尾水渠。尾水渠总长656.5 m，尾水渠依次由矩形尾水明渠、渐变段、尾水涵、渐变段、梯形尾水明渠组成。其中矩形尾水渠长56.095 m，宽57.203 m，纵坡为0，后接渐变段；渐变段长96 m，底宽由57.203 m渐变至15.8 m，纵坡为1/2 000，渐变后接尾水涵；尾水涵长60 m，为双孔城门洞形断面、单孔底宽7.5 m、高5.7 m，纵坡为1/2 000，后接渐变段；渐变段长30 m，底宽由15.8 m渐变至10 m，纵坡为1/2 000，渐变段后接梯形尾水渠；尾水渠长414.424 m，底宽10 m，边坡1∶2，纵坡1/2 000，渠道末端高程为2 113.79 m。尾水经梯形尾水渠顺接河床，并对尾水渠出口部分滩地进行开挖整治。

2 尾水渠水力学计算

因尾水渠顺接天然河道，尾水渠各流量下水位受尾水出口处天然河道水位的影响，故应根据尾水渠出口处天然河道水位流量关系(见表1)确定各流量对应的尾水渠末端水位，并按明渠恒定渐变流水面曲线推算尾水渠起点水位。明渠恒定渐变流水面曲线计算，根椐各渠段的正常水深h0、临界水深hk及当前水深h三者之间的关系，判断水面曲线类型，试算水位的范围，然后采用二分法计算各渠段末之水深，计算过程如下所示。

尾水渠断面单位能量沿程变化的微分方程为：

其差分格式为：

即

E2=E1+(i-Jf)·Δs

其中：h1为已知，h2为欲求之水深。

为此，将差分方程改为下列函数表达式：

E(h2)=(E1-E2)+(i-Jf)·Δs

为求h2，设试算水深h下限与h上限，用二分法求解：

F(h上限)=E1-E(h上限)+(i-Jf1～上限)·Δs=D

F(h2)=E1-E(h2)+(i-Jf1～2)·Δs=G

若D、G同号，令h上限= h2,D=G;

若D、G异号，令h上限= h下限,h上限= h2,D=G;

表1 尾水渠出口处水位流量关系表

表2 尾水渠水位流量关系表

3 结 语

因本水电站尾水渠顺接的天然河道河床较宽，当尾水渠内流量在20～96.4m3/s时，对应尾水渠临界水深高于尾水渠出口对应的天然河道水深，此时尾水渠末端水深采用尾水渠各流量对应的临界水深。按明渠恒定渐变流水面曲线推算尾水渠起点水位，但尾水渠末端出现跌水现象，水跌高度7～64cm，损失水头远小于电站加权平均水头195.49m，并在尾水渠出口末端做抗冲刷处理措施；当天然河道流量为设计洪水位(或校核洪水位)时，天然河道水深升高，天然河道水深大于尾水渠最大流量(96.4m3/s)对应的临界水深，此时尾水渠末端水深采用天然河道水深进行推算。经计算，尾水渠各断面形式满足尾水水流平顺、流态平稳、能量损失小等要求，所得正常尾水位为2 116.98m，设计洪水尾水位为2 117.39m，校核洪水尾水位2 117.47m，由此可确定水电站厂房厂区平台高程为2 118.0m，并满足SL266-2014《水电站厂房设计规范》中厂房下游挡水部位顶部安全加高的下限值。

[1] 李炜.水力学计算手册[M].2版.北京：中国水利水电出版社，2006.

[2] 孙万林,秦国民,杜志水,李跃涛. 青铜峡水电站尾水渠淤积特点分析[J].西北水电，2014，(06)：62-66.

[3] 钮新强，汪基伟，章定国.水工设计手册[M].2版.北京：中国水利水电出版社，2010.

Hydraulic Calculation of Complicated Tailrace Canal of Riverside Plant Powerhouse

LIAO Teng-hui

(Xinjiang Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Urumqi 830000,China)

The tailrace canal of the powerhouse of the riverside power station shall be arranged in accordance with actual geological and topographic conditions, riverway flow direction, flood discharge impact and sedimentation, etc. The hydraulic calculations on various sections of the tailrace canal are performed to assure the smooth and stable tailrace flow, free from level rising, stable flow regime and minimum energy loss.

riverside power station; tailrace canal; hydraulics; calculation

2015-02-28

廖腾耀(1987- ),男,新疆乌鲁木齐市人,助理工程师,主要从事水利水电工程设计工作.

TV731.1;TV131.4

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.011