某干渠水電站工程設(shè)計(jì)

舒婧

摘 要：文章在介紹某干渠水電站工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，論述了該工程的設(shè)計(jì)布置和特點(diǎn)。并根據(jù)電站所處的地理位置和地形條件，提出了設(shè)計(jì)方案，從而最大限度的利用渠段水能資源。

關(guān)鍵詞：水電站 干渠 短管道 設(shè)計(jì)

1.工程概況

某干渠水電站由電站渠首，引水系統(tǒng)、廠(chǎng)房和尾水渠組成。電站設(shè)計(jì)流量14m3/s，設(shè)計(jì)水頭14.66m，總裝機(jī)容量1650kw，多年平均發(fā)電量437.1萬(wàn)kwh，電站發(fā)電量除自備用電外，其余發(fā)電量經(jīng)10kv輸電線(xiàn)路至變電站并入電網(wǎng)。

2.地形地質(zhì)條件

某干渠水電站工程所在地地勢(shì)大體平坦，地表分布均為第四系全新統(tǒng)沖、洪積砂礫卵石層，地層松散無(wú)膠結(jié)，上部為0.3～0.4m青灰色砂礫石層，該層局部分布有厚度小于50mm的細(xì)砂透鏡體，下部為青灰色砂礫石層。

3.工程布置設(shè)計(jì)

某干渠水電站工程主要是利用干渠節(jié)制分水閘后的三級(jí)陡坡段的落差進(jìn)行引水發(fā)電，毛水頭16.45m，設(shè)計(jì)水頭14.66m，設(shè)計(jì)流量14m3/s。電站主要建筑物由引水渠、壓力前池、壓力管道、廠(chǎng)房等部分組成。本電站利用改建的節(jié)制分水閘做為電站渠首進(jìn)行引水，然后通過(guò)新建引水渠，其后接壓力前池；前池采用正向引水，側(cè)向溢流、沖沙，溢流渠順接干渠，前池進(jìn)水口采用開(kāi)敞式，后接壓力管道；管道材質(zhì)為壓力鋼管；壓力管道末端布置發(fā)電廠(chǎng)房，廠(chǎng)房縱軸線(xiàn)垂直壓力管道軸線(xiàn)，廠(chǎng)房?jī)?nèi)布置3臺(tái)臥式發(fā)電機(jī)組，副廠(chǎng)房布置于發(fā)電機(jī)層上游側(cè)；尾水通過(guò)120m長(zhǎng)的尾水渠泄入干渠。

3.1渠首設(shè)計(jì)

該干渠水電站渠首擬定利用原有節(jié)制分水閘作為渠首，現(xiàn)狀節(jié)制閘共三孔，單孔凈寬2 m，凈高2.59m，閘墩寬0.5m。閘底板高程為1577.05m，閘平臺(tái)高程為1579.64m；分水閘閘底板高程為1577.69m，閘平臺(tái)高程與節(jié)制閘相同，為1579.64m，分水閘為三孔，右側(cè)單孔寬為3m，其余兩孔寬均為2m，凈高1.95m，該閘只修建了閘墩和閘孔，上部未修建閘房和閘平臺(tái)。

該節(jié)制分水閘修建于上世紀(jì)50年代，原本作為向渠道右側(cè)引水灌溉之用，后因資金短缺和歷史原因，一直沒(méi)有發(fā)揮其的分水功用，現(xiàn)為修建某干渠水電站，擬定利用該閘，該閘雖歷經(jīng)多年的運(yùn)行，但不影響其節(jié)制分水閘的使用。此次設(shè)計(jì)從減少成本來(lái)考慮，只對(duì)該節(jié)制分水閘進(jìn)行必要的處理，使得其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)引水閘引入流量14m3/s時(shí)，節(jié)制閘閘前水位為1579.09，前池溢流回水至節(jié)制閘前水位為1579.715m，所以閘平臺(tái)高程確定為1580.265m，閘平臺(tái)需加高0.625m，節(jié)制閘前采用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉，分水閘閘槽改建后安裝攔污柵，不設(shè)閘門(mén)。

3.2引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1引水渠

水流進(jìn)入電站引水閘后6.4m長(zhǎng)的引水渠相連，縱坡1/1000，兩側(cè)采用重力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)流量為14m3/s，設(shè)計(jì)水深為1.37m，全部采用C20砼現(xiàn)澆，后于前池陡坡相連。

3.2.2前池設(shè)計(jì)

3.2.2.1前池布置

原渠道岸頂和閘平臺(tái)加高至高程1580.265m。渠道右岸新建引水渠，渠道末端后用斜坡與前池池身底板相接，前池池身底板高程1572.48m，底寬5.8m，長(zhǎng)38.5m。池身左側(cè)沖沙閘，前池頂部高程1579.094m，池底以1：10坡度傾向沖沙閘出口；沖沙閘布置于進(jìn)水口前，閘孔尺寸（寬×高）1m×1.5m，閘后沖砂渠與某干渠相接。前池進(jìn)水口底板高程1573.68m，較池身底板高1.2m，進(jìn)口前設(shè)攔沙導(dǎo)沙坎，利于排沙。

3.2.2.2進(jìn)水口設(shè)計(jì)

本工程前池進(jìn)水口為開(kāi)敞式布置，進(jìn)水口后由玻璃鋼管向機(jī)組輸水，供水形式為單管三機(jī)，管道末端支管與廠(chǎng)房機(jī)組相接，壓力管道主管內(nèi)徑2.6m、支管內(nèi)徑采用1.4m，進(jìn)水口采用C20鋼筋砼現(xiàn)澆底板和邊墻，進(jìn)水口采用圓角矩形斷面進(jìn)水，斷面尺寸為3.8×3.8m，前端設(shè)攔污柵擋草木雜物，壓力管道前端進(jìn)水閘后設(shè)排氣孔，孔直徑φ=600mm，孔口通到閘平臺(tái)以上800mm。前池池頂平臺(tái)高程與渠首閘平臺(tái)高程同高采用1580.265m。

3.2.2.3溢流堰設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)時(shí)為充分考慮占地等因素的影響，所以溢流堰設(shè)計(jì)時(shí)布置于渠首節(jié)制閘左側(cè)，溢流堰堰寬14m，堰頂高程1579.14m，堰后接窄深式消力池，池寬2m，長(zhǎng)14m，池底以1：10坡度傾向接入某干渠一級(jí)陡坡。

3.2.3壓力管道設(shè)計(jì)

壓力管道是水電站的重要組成部分，其特點(diǎn)是坡度陡，靠近廠(chǎng)房，承受內(nèi)水壓力高，因此壓力管道設(shè)計(jì)直接影響著工程的使用壽命和工程造價(jià)。壓力管道總長(zhǎng)160m，在140m處設(shè)置鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩內(nèi)布置岔管。根據(jù)管道經(jīng)濟(jì)流速，確定采用主管管徑2.6m，設(shè)計(jì)流速2.64m/s，支管管徑1.4m，流速3.03m/s。管材采用鋼管，壁厚12mm，在管道0+140處修建鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩內(nèi)布置一分三岔管，后通過(guò)1.4m的支管與臥式機(jī)組相連。

3.3廠(chǎng)房設(shè)計(jì)

3.3.1廠(chǎng)房設(shè)計(jì)

電站廠(chǎng)房位于三級(jí)陡坡右側(cè)灘地，距離渠首188m，由主廠(chǎng)房和副廠(chǎng)房組成，副廠(chǎng)房布置于主廠(chǎng)房發(fā)電機(jī)層上游，廠(chǎng)房縱軸線(xiàn)垂直于壓力管道軸線(xiàn)布置。根據(jù)電站設(shè)計(jì)流量和水頭，水輪發(fā)電機(jī)組選擇臥式混流式機(jī)組，水輪機(jī)型號(hào)采用HLA551E-WJ-103，發(fā)電機(jī)型號(hào)采用SFWE500-K-20/1430。

發(fā)電機(jī)層由主機(jī)間和安裝間組成，垂直水流方向從右至左依次為主機(jī)間的1#、2#和3#機(jī)組段和安裝間。主機(jī)間機(jī)組段之間不設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。主機(jī)間與安裝間之間設(shè)有結(jié)構(gòu)縫。主機(jī)間上游側(cè)布置有機(jī)旁屏，下游布置調(diào)速器。安裝間為機(jī)組安裝檢修場(chǎng)地。主廠(chǎng)房?jī)?nèi)設(shè)有一臺(tái)型號(hào)為16t的LDA型電動(dòng)單梁起重機(jī)，在機(jī)組之間，各設(shè)集水井一個(gè)，在集水井頂板上安裝兩臺(tái)水泵，將水排入尾水，在主廠(chǎng)房下游側(cè)布置循環(huán)水池。尾水經(jīng)反坡段與尾水渠連接。主廠(chǎng)房的建筑面積為474m2。主廠(chǎng)房為鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，主廠(chǎng)房設(shè)2排14根鋼筋砼框架柱，柱結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)×寬）為0.7m×0.5m。主廠(chǎng)房布置一臺(tái)LDA型電動(dòng)單梁起重機(jī)用于機(jī)組安裝，主廠(chǎng)房屋面為彩鋼板屋頂。主廠(chǎng)房下部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，采用C20鋼筋砼現(xiàn)澆。

電站副廠(chǎng)房為全框架結(jié)構(gòu)，位于主廠(chǎng)房的上游側(cè)，緊靠主廠(chǎng)房布置，側(cè)面與主廠(chǎng)房正面齊平，副廠(chǎng)房設(shè)中控室、高壓配電室和休息室等，副廠(chǎng)房地板高程與主廠(chǎng)房相同。由于副廠(chǎng)房與主廠(chǎng)房相連，兩者之間用伸縮縫分開(kāi)，副廠(chǎng)房的建筑面積為294.93m2。

3.3.2尾水渠設(shè)計(jì)

尾水經(jīng)尾水室出廠(chǎng)房后，經(jīng)1：5的倒坡在1560.75m高程入尾水渠，在高程1560.75m匯入某干渠，尾水渠全長(zhǎng)120m。根據(jù)尾水渠渠線(xiàn)的地質(zhì)條件及水力銜接條件，尾水渠采用梯形斷面形式。設(shè)計(jì)流量Q=14.0m3/s，設(shè)計(jì)縱坡為1/800，渠底寬5m，邊坡1：1.5，渠底C15砼現(xiàn)澆，厚0.15m，渠坡采用C15砼預(yù)制板，板厚8cm，糙率取0.017，設(shè)計(jì)水深為1.206m，渠深為1.70m。左右堤頂設(shè)計(jì)為1m，渠道超挖部分按臺(tái)階開(kāi)挖，最深處挖6m，左右邊坡各設(shè)1m寬平臺(tái)，超挖部分開(kāi)挖邊坡1：0.75，尾水渠最大挖深8m，最小挖深1.5m。渠道每隔6m設(shè)置一道橫向伸縮縫，縫寬2.5cm，縫內(nèi)下設(shè)聚苯乙烯泡沫板，上部用聚氯乙烯膠泥勾縫。

4.結(jié)語(yǔ)

某干渠水電站設(shè)計(jì)采用短渠道、短管道和臥式機(jī)組布置方案，可以最大限度的利用渠段水能資源。電站總投資1125.00萬(wàn)元，總裝機(jī)容量1650kw，多年平均發(fā)電量437.1萬(wàn)kwh，年有效電量406.5萬(wàn)kwh，年利用小時(shí)數(shù)2649h。電站單位千瓦投資6838.17元/kwh，單位電能投資2.776元/kwh，單位電能成本0.059元/kwh。該電站經(jīng)濟(jì)效益好。該電站的建設(shè)可以有力促進(jìn)本地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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