姚 強

（湖南水總水利水電建設有限公司 長沙市 410007）

1 水電站簡要介紹

奎擁溝一級水電站位于四川省甘孜州丹巴縣，為高水頭引水式電站，開發(fā)任務主要為發(fā)電，兼顧下游環(huán)境用水的需求。流域面積242.9 km2，干流河道全長26.5 km，河道平均比降67.32‰。裝機2臺，利用落差為470 m，設計引用流量為5.5 m3/s，裝機容量21 MW，保證出力3.108 MW，多年平均發(fā)電量為9 458.4萬kW·h，年利用小時 4 504 h，工程等別為四等小（Ⅰ）型工程，水電站首部樞紐設計引用流量為1.98 m3/s。

2 水電站首部樞紐

2.1 水電站首部樞紐水文

奎擁溝流域隸屬革什雜河流域，該流域徑流主要由降雨補給，其次為冰川融雪及地下水補給。由于流域內(nèi)森林資源豐富、對徑流的滯蓄能力較強，故本流域徑流較為豐沛，枯季徑流穩(wěn)定，年際變化不大。根據(jù)參證站布科站1960～2000年徑流系列，最大年平均流量為75.1m3/s，多年年平均流量為53.7 m3/s，最小年平均流量為35.5 m3/s。

布科水文站多年平均流量為53.7 m3/s，年徑流深為672.3 mm。徑流年內(nèi)分配不均，豐水期（5～11月）主要為降水補給，徑流占年徑流的86.8%，枯水期（12月～次年4月）主要由地下水及高山冰川融雪水補給，徑流占年徑流的13.2%。每年4月以后徑流隨降雨量的增加而逐漸增大，6～9月水量最豐，5、10月次之，11月起因降水減少，徑流開始以地下水補給為主，穩(wěn)定退水至次年4月。其中1～3月為最枯，徑流僅占年徑流的7.1%。全年2月或3月份出現(xiàn)最枯水量，僅占年徑流的2.3%。表1為壩址徑流成果表。

表1 壩址徑流成果表

由于流域內(nèi)森林資源豐富、對徑流的滯蓄能力較強，故本流域徑流較為豐沛，枯季徑流穩(wěn)定，年際變化不大。

2.2 水電站首部樞紐地形地質(zhì)

壩址兩岸地形比較完整、對稱，無深切沖溝，山體雄厚，兩岸山頂高程均為（4 200～4 500）m，岸坡角45°～60°，河谷呈基本對稱的“V”字形。壩址區(qū)基巖巖性為中生界三疊系中統(tǒng)雜谷腦組（T2z）灰、深灰色石英砂巖，第四系洪沖積物（Qpl+al）由漂卵（礫）石組成，在河床連續(xù)分布，一般厚度（2～8）m；崩坡積（Qcod+dl）的含粘土塊碎石分布于山坡，厚度一般（2～5）m，近河床部位稍厚為 （5～8）m。壩址地處奎擁溝向斜SW翼，無區(qū)域性斷層通過。巖層產(chǎn)狀總體為N11°～22°W/NE∠44°～69°，呈單斜構造，巖層斜切河谷。

2.3 河流泥沙

奎擁溝流域為高原高山地貌，地勢陡峻，河流兩岸高山對峙。流域內(nèi)森林覆蓋，植被較好。人類活動影響小，水土保持良好。河流泥沙主要來源于汛期降雨時表土的侵蝕和河流對河床的沖刷，以及滑坡、崩塌等重力侵蝕?？鼡頊狭饔虍a(chǎn)沙能力低，河流泥沙集中于汛期，枯期含沙量小，有時河水清澈見底。根據(jù)布科站1967年、1970年、1971年3年實測資料建立水沙關系展延該站輸沙率系列為1960～2000年（表2），計算得年平均輸沙率11.5 kg/s，年輸沙量36.27萬t，多年平均含沙量為0.47 kg/m3。

表2 壩址處懸移質(zhì)年輸沙量計算成果表

3 壩型選擇

底欄柵壩在我國應用較廣，我國從1958年在新疆修建第一座底欄柵壩以來，在西北地區(qū)及南方山區(qū)的農(nóng)田灌溉及小水電建設中得到了迅速推廣。該壩型適用于坡地較陡，河床為卵石的山溪性河流，當水流中帶有大量的卵石、礫石及粗砂時，建底欄柵壩可以防止大量泥沙入渠。底欄柵壩和溢流堰、沉沙池等水工建筑物組成底欄柵式樞紐，該樞紐的工作特點：當河水從壩頂溢流時，部分或全部水流經(jīng)欄柵空隙進入廊道，然后由廊道一段流入渠道。河流中的推移質(zhì)，除細顆粒隨水流進入廊道外，其余的礫石及卵石則隨水流由欄柵頂沖向下游，而進入廊道的細沙則由設在干渠上的沉砂池排入原河道，在廊道和渠道的連接處，設有閘門，以控制入渠流量。底欄柵壩具有結構簡單，施工方便及造價低廉等優(yōu)點。而奎擁溝一級水電站位于甘孜州的山區(qū)河道上，坡度較陡，首部樞紐設計引用流量不大，很適合在這個地方建底欄柵壩。

表3 底欄柵計算引進流量成果表

4 尺寸的確定

4.1 底欄柵壩長度L的確定

底欄柵壩前最大堰坎高度小于0.9 m，為簡化計算采用寬頂堰型公式，根據(jù)《取水工程》，E.A.扎馬林、BB方捷耶夫的計算公式，底欄柵壩按靜水壓力分布來考慮，計算公式如下：

式中Q——進入廊道的流量（m3/s）；

μ——孔口流量系數(shù)；

b——欄柵水平投影長度，b=1.5 m。

l——欄柵垂直水流方向的寬度。

hcp——欄柵上的平均水深。

μ——孔口流量系數(shù)，隨柵條的坡度、形狀及水流情況而變，設μ0為柵條水平時的流量系數(shù)，柵條設計為傾斜i=0.1條件，相應的μ=μ0-0.li；設計的柵條高度為40mm，柵高與柵隙高度比等于于4，取μ0=0.5。

hcp——欄柵上的平均水深，按公式hcp=0.8及h2分別為底欄柵的上下游邊緣水深；其余符號同前。

通過計算，底欄柵水力計算引進流量成果見表3。

4.2 廊道水面曲線的確定

底欄柵式水流（柵頂過水斷面為矩形）為一典型的空間的恒定漸變沿程減變沿程減變量流（附圖）。

附圖 底欄柵水流剖面圖（b=1.5 m）

廊道引水流量Q=1.98 m/s，廊道長度為L=15 m，寬度為b=1.5 m，單寬流量為 0.25 m3/s，糙率n=0.017。

當h=h2且h2＞0時，有部分河水流到下游，上式即為柵頂水面曲線方程，可得到x～h對應關系。

式中 K=2 μp(當 cosβ≠0),K=4 μp(當 cosβ=0)；

i——柵頂?shù)灼拢?/p>

μ——流量系數(shù)，對于梯形柵條可取μ=0.55～0.65；

P——間隙系數(shù)，P=S/（S+t），t為柵條上頂寬，S為柵條間隙寬，一般P=0.3～0.51；

β——入柵水流與柵條之夾角；

E（或Ho）——比能函數(shù)，E=h1+αV22/2 g，取α=1；

H——柵頂任一斷面和水深。底欄柵壩進水廊道水面線計算成果詳見表4。

從表4可以看出，底欄柵壩過水廊道的深度滿足凈空要求，正常條件下，廊道中的水流狀態(tài)基本符合無壓流條件。

表4 底欄柵進水廊道水面線計算成果表

5 結 語

在中國西部地區(qū)，有很多山區(qū)河流，這些河流蘊藏著豐富的水能資源，隨著西部大開發(fā)的深入，越來越多的水能資源得以開發(fā)，而具有結構簡單、施工方便及造價低廉等優(yōu)點的底欄柵壩在山區(qū)河流開發(fā)中也會得要更為廣泛的應用。

1 宋祖詔，張思俊，詹美禮.取水工程[M].北京：中國水利水電出版社，2002.