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        沙坪二級(jí)水電站取消廠房沖沙孔的可行性研究

        2011-04-01 12:52:44田建海付希文
        東北水利水電 2011年7期
        關(guān)鍵詞:貫流式沙坪進(jìn)水口

        田建海,付希文

        (1.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310014;

        2.吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,吉林 長(zhǎng)春 130021)

        1 工程概況

        沙坪二級(jí)水電站位于四川省峨邊彝族自治縣境內(nèi)的大渡河干流上,下接已建的龔嘴水電站。樞紐主要由河床式廠房、泄洪閘、魚(yú)道等建筑物組成。河床式廠房布置在左岸臺(tái)地上,廠內(nèi)布置6臺(tái)單機(jī)容量為58 MW燈泡貫流式機(jī)組,電站總裝機(jī)容量348 MW。

        壩址處天然情況下多年平均含沙量為0.854 kg/m3。考慮上游梯級(jí)瀑布溝、深溪溝等電站建成后的水庫(kù)攔沙作用,壩址多年平均含沙量為0.207 kg/m3,多年平均懸移質(zhì)輸沙量為902萬(wàn)t,推移質(zhì)年輸沙量為1.0萬(wàn)t。

        2 預(yù)可階段廠房沖沙設(shè)計(jì)

        為避免推移質(zhì)、減少懸移質(zhì)通過(guò)機(jī)組流道,降低泥沙對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組造成磨蝕,在預(yù)可行性研究設(shè)計(jì)階段,參考上游深溪溝水電站、枕頭壩一級(jí)水電站及下游的龔嘴水電站排沙設(shè)計(jì),沙坪二級(jí)水電站布置了3個(gè)沖沙孔。廠房結(jié)構(gòu)采用兩機(jī)一縫的方式布置,結(jié)合燈泡貫流式機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn),沖沙孔布置兩機(jī)之間的中墩內(nèi),沖沙孔斷面尺寸為4.5 m×5.0 m(寬×高)。

        3 問(wèn)題的提出

        隨著可研階段勘探設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展,揭示出廠房左岸進(jìn)水口前緣邊坡分布較大范圍的崩坡積體。如設(shè)計(jì)取消沖沙孔布置,縮短廠房長(zhǎng)度,可減小對(duì)崩坡積體坡腳的開(kāi)挖擾動(dòng)影響、降低邊坡的開(kāi)挖支護(hù)難度,對(duì)邊坡穩(wěn)定有利。取消沖沙孔同時(shí)也可減少?gòu)S房土建工程量,縮短電站施工工期,降低工程投資。

        根據(jù)資料,在廠房布置沖沙孔的電站中,沖沙孔運(yùn)行時(shí)有的電站存在振動(dòng)問(wèn)題。考慮到燈泡貫流式廠房空腔比大,自重相對(duì)較輕,較其它型式廠房燈泡貫流式廠房振動(dòng)方面的問(wèn)題需引起重視。如取消沖沙孔布置,可避免沖沙運(yùn)行過(guò)程中可能引起廠房振動(dòng)的相關(guān)問(wèn)題,有利于GIS等設(shè)備安全運(yùn)行。

        考慮到上下游梯級(jí)深溪溝水電站、枕頭壩水電站、龔嘴水電站均設(shè)置了廠房沖沙孔,沙坪二級(jí)水電站如取消廠房沖沙孔布置,須進(jìn)行慎重的分析論證,以保證電站建成后能安全、可靠運(yùn)行。

        4 取消廠房沖沙孔的可行性

        沙坪二級(jí)水電站計(jì)劃于2015年投產(chǎn)發(fā)電時(shí)上游瀑布溝水電站、深溪溝水電站均已投產(chǎn)發(fā)電??紤]上游梯級(jí)電站建成后的泥沙攔蓄作用,壩址處多年平均含沙量降低為0.207 kg/m3,電站入庫(kù)泥沙量將大幅度減少。

        沙坪二級(jí)水電站樞紐主要由泄洪閘、河床式發(fā)電廠房組成,經(jīng)樞紐布置格局比選,選擇泄洪閘布置在主河道、發(fā)電廠房布置在左岸臺(tái)地的樞紐布置格局。廠房進(jìn)水口采用側(cè)向進(jìn)水方式引水,進(jìn)水渠前緣基本未侵占天然主河道,進(jìn)水口所選擇的位置對(duì)廠房引水防沙有利。電站泄洪建筑物布置在原主河道,對(duì)電站泄洪排沙有利。泄洪閘底板比廠房進(jìn)水渠攔沙坎頂?shù)?.0 m,泄洪過(guò)程中,閘前淤積的推移質(zhì)泥沙將沿主河槽排入下游河道,泥沙淤積不會(huì)對(duì)廠房進(jìn)水口造成較大影響。另經(jīng)水庫(kù)泥沙淤積計(jì)算,淤積平衡后,壩前泥沙淤積高程低于廠房進(jìn)水渠底板高程。

        沙坪二級(jí)水電站水庫(kù)庫(kù)容較小,水庫(kù)正常蓄水位為554.00 m。當(dāng)入庫(kù)流量大于3 000 m3/s時(shí),庫(kù)水位降至550.00 m運(yùn)行。隨著泄洪流量增大,下游水位逐漸抬高,電站發(fā)電水頭逐漸減小。當(dāng)下泄流量大于6 200 m3/s,電站上下游水頭差已低于機(jī)組發(fā)電最小水頭,此時(shí)機(jī)組停止發(fā)電。汛期對(duì)應(yīng)大流量時(shí)段機(jī)組停止發(fā)電有利于避開(kāi)泥沙高峰,減輕泥沙對(duì)機(jī)組的磨蝕。

        受燈泡貫流式廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制約,廠房流道進(jìn)口底板與沖沙孔進(jìn)口底板之間的高差一般不會(huì)太大。在預(yù)可研階段,廠房流道進(jìn)口底高程為520.00 m,沖沙孔進(jìn)口底高程為513.20 m,高差6.8 m。國(guó)內(nèi)近年設(shè)置沖沙孔的燈泡貫流式廠房有黃河沙坡頭電站、紅水河百龍灘電站,兩電站流道與沖沙孔的高差均不大,沙坡頭電站為5.05 m,百龍灘電站為2.5 m。由于流道與沖沙孔高差不大,而且機(jī)組流道斷面(16.2 m×14.7 m)較沖沙孔斷面大很多,發(fā)電運(yùn)行期間開(kāi)啟沖沙孔對(duì)降低過(guò)機(jī)泥沙效果有限,設(shè)置沖沙孔的作用不大。

        根據(jù)陳上群等提出的關(guān)于水輪機(jī)磨損問(wèn)題的判別式:H·Sd>7(式中 H 為電站水頭,Sd為粒徑大于0.05 mm的平均含沙量),認(rèn)為H·Sd大于7時(shí)泥沙對(duì)水輪機(jī)磨損嚴(yán)重[1]。沙坪二級(jí)水電站設(shè)計(jì)水頭14.3 m,粒徑大于0.05 mm的平均含沙量為0.052 kg/m3,其 H·Sd為 0.74,遠(yuǎn)小于 7,水輪機(jī)磨損問(wèn)題應(yīng)不會(huì)突出。

        通過(guò)上述論證分析,設(shè)計(jì)認(rèn)為理論上沙坪二級(jí)水電站具備取消沖沙孔的條件。

        5 水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證

        為驗(yàn)證電站泥沙淤積狀況,檢驗(yàn)泄洪時(shí)對(duì)廠房進(jìn)水口前泥沙的拉沙效果,在水工泥沙模型試驗(yàn)中進(jìn)行了進(jìn)水口推移質(zhì)沙帶模擬試驗(yàn),試驗(yàn)分別采用5年、50年一遇洪水流量進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明,推移質(zhì)基本上沒(méi)有翻過(guò)攔沙坎進(jìn)入廠房進(jìn)水口區(qū)域;即使在假設(shè)攔沙坎前堆滿推移質(zhì)泥沙的情況下,泄洪閘敞泄后也會(huì)將坎前泥沙沖走。水工模型試驗(yàn)同時(shí)表明,在汛期廠房停機(jī)時(shí)段,會(huì)有少量的細(xì)顆粒泥沙通過(guò)懸浮形式越過(guò)攔沙坎,落淤在廠房進(jìn)水口前,但當(dāng)電站開(kāi)始引水發(fā)電后,落淤在進(jìn)水口的泥沙會(huì)迅速被水流沖走。

        6 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)綜合論證分析及水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證,沙坪二級(jí)電站在可研設(shè)計(jì)階段取消廠房沖沙孔的布置。取消沖沙孔后廠房長(zhǎng)度可縮短13.5 m,降低了左岸邊坡開(kāi)挖高度及邊坡支護(hù)難度,節(jié)約土建工程投資約2 500萬(wàn)元。

        [1]泥沙設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2006.

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