旮旯水電站壓力前池退水方案比選

呂慶平

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

旮旯水電站壓力前池退水方案比選

呂慶平

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

交城縣旮旯水電站是一座引水式電站，為保證電站安全，壓力前池須設(shè)退水設(shè)施。根據(jù)地形條件，電站壓力前池有退水管和退水渠兩個(gè)方案，對(duì)壓力前池退水的兩個(gè)方案從工程布置、工程運(yùn)行管理、工程投資等方面進(jìn)行了綜合比較，認(rèn)為明渠退水方案更加經(jīng)濟(jì)合理，可為類似工程提供借鑒。

水電站；壓力前池；退水方案

1 工程概況

擬建的交城縣旮旯水電站位于文峪河干流上，是一座引水式電站，電站裝有3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1500kW，電站設(shè)計(jì)水頭29.0m，平均發(fā)電流量6.00m3/s。年發(fā)電量470萬kW·h，年利用小時(shí)數(shù)3133h，該工程是呂梁市第一個(gè)小水電代燃料項(xiàng)目。

旮旯水電站工程由取水樞紐、引水渠道、引水隧洞、壓力前池、壓力管道、電站廠房、尾水道及尾水渠組成。取水樞紐壩址選在會(huì)立鄉(xiāng)田家溝村南1km處的文峪河干流上，河流彎道的下游側(cè)；電站站址選在西社鄉(xiāng)野則河村北2km處文峪河干流右岸的旮旯灘上。在取水樞紐處垂直水流方向建有長(zhǎng)46m、最大壩高6.5m、底寬13m、頂寬1.91m的漿砌石溢流壩。在溢流壩右端垂直壩軸線方向設(shè)2孔3.0m×3.0m沖沙閘，在沖沙閘右側(cè)設(shè)一孔2.0m×2.0m胸墻式進(jìn)水閘，進(jìn)水方向與河道水流方向成25°左右，進(jìn)水閘下游接引水渠道。水流經(jīng)過進(jìn)水閘后，沿河道右岸臺(tái)地上0.983km長(zhǎng)的引水渠道東行并南折至引水隧洞進(jìn)口，穿過東南走向0.812km長(zhǎng)的引水隧洞進(jìn)入壓力前池，通過直徑為1400mm的單根壓力鋼管后分岔變?yōu)?根直徑為900mm的壓力鋼管進(jìn)入主廠房，水輪機(jī)尾水管后接尾水道及尾水渠至下游文峪河河道。在主廠房右側(cè)布置副廠房，副廠房?jī)?nèi)設(shè)高壓開關(guān)柜室和中控室，副廠房右側(cè)布置2臺(tái)升壓變壓器。

2 電站壓力前池工程布置

電站壓力前池有一定的容積，對(duì)水流有一定的調(diào)節(jié)作用。當(dāng)電站出力發(fā)生變化時(shí)，水電站的流量也發(fā)生變化，而水電站上游的來水量通常比較固定，水電站變化的流量可從壓力前池得到調(diào)節(jié)。反之如果上游來水流量發(fā)生變化時(shí)，此時(shí)壓力前池也可起到一定的調(diào)節(jié)作用。

壓力前池位于樁號(hào)1+795.00～1+824.49，其上游段為15.50m長(zhǎng)擴(kuò)散段，水平擴(kuò)散角5.53°，底坡1∶5.3；壓力前池凈長(zhǎng)7m、寬5.30m，池底高程966.31m，前池設(shè)計(jì)水位971.00m，池頂高程972.41m，池深6.10m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池壁厚60cm，底板厚60cm。前池左側(cè)為溢流堰和排空沖沙閘，溢流堰堰頂高程971.10m、寬度5.0m，排空沖沙閘孔口尺寸為1.0m×1.0m，閘門采用鑄鐵閘門，啟閉機(jī)采用手電兩用螺桿啟閉機(jī)。

壓力前池下游設(shè)有攔污柵和控制閘，攔污柵孔口尺寸為3.0m×5.59m，控制閘孔口尺寸為1.4m×1.4m，控制閘門下游側(cè)設(shè)有漸變段及進(jìn)排氣孔，閘門采用鑄鐵閘門，啟閉機(jī)采用手電兩用螺桿啟閉機(jī)。

壓力前池設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底高程約966m，該段地面高程967～987m。表層為土質(zhì)岸坡，坡度25°左右，堆積物為全新統(tǒng)坡積低液限粉土夾碎塊石，結(jié)構(gòu)較松散，厚度3～5m，下伏基巖為下太古界界河口群黑云角閃斜長(zhǎng)變粒巖。壓力前池基礎(chǔ)大部分置于基巖強(qiáng)風(fēng)化層上，少部分置于基巖弱風(fēng)化層上。

3 電站壓力前池退水方案

當(dāng)電站機(jī)組甩負(fù)荷，壓力前池事故閘門快速關(guān)閉或電站進(jìn)水流量減少時(shí)，由于引水渠進(jìn)水閘遠(yuǎn)離電站，來不及關(guān)閉或關(guān)小，此時(shí)壓力前池必須設(shè)退水設(shè)施，以保證電站安全。

根據(jù)地形條件，電站壓力前池退水方案有兩個(gè)：退水管方案（方案一）和退水渠方案（方案二）。根據(jù)電站發(fā)電設(shè)計(jì)流量，電站壓力前池退水的最大流量按6.00m3/s考慮。

3.1 方案一

方案一是在壓力前池的右側(cè)池壁上設(shè)置退水側(cè)堰，退水經(jīng)過側(cè)堰和堰后連接段進(jìn)入165m長(zhǎng)的PCCP退水管道，退水管道布置于電站壓力前池和壓力管道的右側(cè)，順山坡鋪設(shè)至文峪河岸邊，尾部設(shè)有孔筒式消力池，其后采用M7.5漿砌石陡坡渠道接入文峪河河道。

3.1.1 堰頂寬度及堰頂水深

退水側(cè)堰的堰頂寬度及堰頂水深根據(jù)分水角為直角時(shí)的側(cè)堰進(jìn)行水力計(jì)算后確定。當(dāng)按最大流量6.00m3/s計(jì)算時(shí)，僅為側(cè)堰出流，計(jì)算公式為：

式中：Q——側(cè)堰流量，m3/s；

c——側(cè)堰流量系數(shù)，可取0.95m，m為正堰流量系數(shù)，本工程按WES實(shí)用堰考慮，取m=0.502；

b——側(cè)堰凈寬，m；

H——堰上水頭，m。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)b=5m時(shí)，H=0.7m，加上安全超高等后，確定退水側(cè)堰的缺口高度為1.3m。

3.1.2 PCCP管徑

退水所用PCCP管徑采用簡(jiǎn)單管道水力計(jì)算公式計(jì)算后確定，計(jì)算公式為：

式中：Q——管道流量，m3/s，按6.00m3/s計(jì)算；

μc——管道流量系數(shù)；

ω——管道斷面面積，m2；

H——作用水頭，m。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)管道直徑為0.9m時(shí)，滿足過流能力要求，考慮到管徑規(guī)格及留有安全余量，選取退水PCCP管徑為1.0m。

3.2 方案二

方案二主要考慮利用電站北側(cè)的一條寬淺沖溝，在壓力前池左側(cè)池壁上設(shè)置退水側(cè)堰，退水經(jīng)過側(cè)堰和堰后連接段進(jìn)入207m長(zhǎng)的退水明渠，退水明渠布置于電站壓力前池和壓力管道的左側(cè)，退水渠前段以i＝1/100縱坡沿邊山等高線布置，為基巖渠道，底寬2m，邊坡1∶0.75，渠底及右側(cè)采用10cm混凝土抹面，將水退至北側(cè)天然寬淺沖溝內(nèi)，即進(jìn)入退水渠后段，順溝底縱坡垂直等高線開挖底寬2m、深1.5m的退水陡槽再將水退至文峪河。

退水渠渠深采用明渠均勻流水力計(jì)算公式確定，計(jì)算公式為：

式中：Q——渠道流量，m3/s，按6.00m3/s計(jì)算；

ω——管道斷面面積，m2；

C——謝才系數(shù)，m1/2/s；

R——斷面水力半徑，m；

i——渠道縱坡。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)糙率系數(shù)為0.025，水深為1.0m時(shí)，滿足過流能力要求，考慮安全超高，選取退水渠渠深為1.5m。

3.3 方案比選

該電站壓力前池兩個(gè)退水方案比較見表1。

表1 壓力前池退水方案比較表

上述兩個(gè)退水方案在技術(shù)上均具可行性，其中方案一的退水線路位于電站下游側(cè)，利用管道退水，管道均埋置于地下，運(yùn)行安全性要高于方案二，但投資較大；方案二利用明渠退水，超泄能力較大，可保證運(yùn)行安全，投資明顯小于方案一，施工方便，不需外購(gòu)管道。因此，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，本工程壓力前池退水方案采用方案二，即明渠退水方案。

TV732+.6

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1004-7042（2011）08-0037-02

呂慶平（1976-），女，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2011-06-18；

2011-07-20