Naltar水電站底欄柵壩設(shè)計(jì)

劉 銳，羅 毅，譚立清

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，沈陽110006)

巴基斯坦北部地區(qū)有著豐富的礦產(chǎn)資源，由于電力供應(yīng)緊張，缺電嚴(yán)重地制約著當(dāng)?shù)氐墓ぁ⑥r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響著當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)居民的日常生活，解決電力供應(yīng)緊張局面尤為重要。Naltar河水利資源豐富，有較好的梯級建設(shè)水電站的條件，合理利用水利資源，興建Naltar水電站工程，對促進(jìn)巴基斯坦北部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人民生活水平有著重要作用。

1 設(shè)置底攔柵壩的原因

Naltar水電站工程區(qū)屬高山峽谷區(qū)，溝壑叢生。河谷內(nèi)第四紀(jì)地層發(fā)育，兩岸山坡均為第四紀(jì)坡積物、冰磧物，屬構(gòu)造剝蝕地形。降雨時(shí)，大量的漂石、塊石匯集到河床中。根據(jù)以往在多沙河流取水的經(jīng)驗(yàn)，對山溪性河流來沙有粗有細(xì)的特點(diǎn)，如果將所有有害粒徑以上的泥沙集中在渠首一次性處理，難度很大，費(fèi)用也會(huì)很高。如果采取分步處理的方法，先處理大粒徑泥沙，允許小顆粒的泥沙進(jìn)入渠道，然后再用適當(dāng)方法分別處理，便可將難點(diǎn)分散，處理費(fèi)用也可以降低。礫、卵石以上的泥沙，在任何水流條件下總是以推移狀態(tài)運(yùn)動(dòng)前進(jìn)，所以一般總可以在閘前河床內(nèi)加以處理。將其沉積在沉沙沖沙槽內(nèi)，通過排沙閘、沖沙槽將其排到下游。

假設(shè)本工程不采用底攔柵壩取水而采用其他方式的取水形式，由于距壩址上游200～300 m有大量的坡積物，為大部分礫石來源，建壩后由于水利條件的改變，該坡積物區(qū)域趨于穩(wěn)定需要很長一段時(shí)間，如果采用其他的取水形式，在汛期，大量的細(xì)礫將隨水流進(jìn)入沉沙池，對引水渠和沉沙池的運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響。汛期后，水流攜帶的泥砂將把壩前全部淤死，這樣的取水口就形同虛設(shè)，經(jīng)過1～2個(gè)汛期，取水口就失去了原有的工程效益。而采用底攔柵壩，正好能解決這一問題。

2 取水口的設(shè)計(jì)

取水樞紐由底欄柵壩(溢流壩)和進(jìn)水閘等組成，因山溪性河流挾帶泥沙較多，采用底欄柵型式取水，以控制粒徑大于柵條間隙的砂石和漂浮物進(jìn)入引水渠道，保證沉沙池發(fā)電用水的質(zhì)量。

底欄柵壩壩高5.00 m，堰高1.46 m，基礎(chǔ)埋深3.54 m，凈寬為16.00 m;為降低洪水位和減少單寬流量，采用全壩段溢流。溢流壩由中間14.1 m長欄柵段和左壩段1.41 m混凝土溢流壩段組成。底欄柵取水廊道進(jìn)口寬3.0 m，柵條斜坡為1∶4，下游面為圓弧段，汛期時(shí)，把多余的水和漂、塊石排向下游，底欄柵壩剖面見圖1。

圖1 底欄柵壩剖面圖

從壩的右岸到左岸，隨著取水廊道取水的增加，水越積越多，所以從右到左，取水廊道寬3.0 m。并且取水廊道采用0.1的坡度，這樣有利于沖沙要求，經(jīng)過計(jì)算，取水廊道的過流能力8.36 m3/s，完全滿足沖沙要求。底攔柵壩，這種新型的結(jié)構(gòu)型式，完全滿足運(yùn)行的要求。

3 底欄柵的水利計(jì)算

本工程底欄柵取水能力有2種情況:

3.1 當(dāng)有水流入下游時(shí)，底攔柵計(jì)算公式:

式中，μ為孔口流量系數(shù);L為欄柵長度，m;b為欄柵水平投影寬度，m;P為欄柵間隙系數(shù);t為柵條寬度，mm;s為柵條間隙寬為柵欄頂部的平均水深，m，h=(h1+h2)/2，h1/ h2分別為欄柵上下游邊緣水深，m。

式中，hk1、2為欄柵上下游邊緣臨界水深，m;Q1、2為欄柵上下游水深，m;q1、2為欄柵上下游邊緣上的單寬流量。

計(jì)算底攔柵的取水能力，見表1。

表1 有水流入下不游底攔柵取水能力計(jì)算表

3.2 當(dāng)所有的水流進(jìn)入底攔柵時(shí)，底攔柵的過流能力計(jì)算

計(jì)算底攔柵的取水能力，見表2。

表2 全部水流入底欄柵時(shí)取水能力計(jì)算表

3.3 攔污柵水力損失hs計(jì)算

柵條間距l(xiāng)=30 mm;柵條高度h=100 mm;柵條厚度δ= 8 mm;孔口斷面s=1.1 m×2.2 m。

進(jìn)水角α=90°時(shí)β=2.34

經(jīng)計(jì)算攔污柵水力損失hs=0.017 m

壩頂、取水廊道和進(jìn)水閘均采用C20混凝土澆筑，壩前采用土工薄膜防滲，鋪設(shè)寬度為10 m。壩體的下游采用大塊石覆蓋，長度為10 m，防止因水流沖刷下游河床而危及大壩安全。

4 本工程的借鑒意義

本工程由于洪水時(shí)漂石、塊石較多，1～2場較大的洪水就能把壩前淤滿，泥沙處理相當(dāng)困難。經(jīng)過多方比較，最后確定采取的引水渠首為底攔柵式渠首，在溢流壩前泥沙把壩前全部淤滿后，泥沙經(jīng)過溢流壩頂時(shí)，大于柵隙粒徑的泥沙隨水流排向下游，小于柵隙粒徑泥沙隨水流進(jìn)入廊道，經(jīng)進(jìn)水閘進(jìn)入干渠。在渠道以后再進(jìn)行二級、三級泥沙處理。在我國廣大的山區(qū)，水力資源豐富，但是由于是在山區(qū)河流，暴雨過后，河床急漲急落，加之有的地區(qū)水土流失嚴(yán)重，洪水中夾帶有大量的漂浮物和礫、卵石及以上的物質(zhì)，要在這些地區(qū)利用這些水力資源，如果采用建壩后分層取水的型式，那就得每行一次洪，就得沖沙一次，這樣將會(huì)花費(fèi)大量的人力物力，建壩也就失去了它的本來意義。

5 結(jié)語

本工程取水樞紐采用了底欄柵型式取水，解決了山溪性河流泥沙和漂浮物較多的問題。Naltar取水樞紐是在溢流壩上設(shè)置取水廊道的一種新壩型，布置合理，結(jié)構(gòu)新穎，節(jié)省投資。對山溪性河流，在洪水期泥沙含量和漂浮物多起到了很少的排沙作用。適合于在我國廣大的山區(qū)地區(qū)，推廣和鑒借采用。

［1］ 張開泉，等.低水頭引水防沙樞紐［M］.北京:水力電力出版社，1990.

［2］ 張開泉，等.引水式電站泥沙的分級處理與渦管式沉沙池［J］.陜西水利發(fā)電，2001(4):19－21.

［3］ 楊晉營，等.水利工程定期沖洗式沉沙池泄空沖洗計(jì)算［J］.泥沙研究，2000(5):62－67.