鄧宏榮

(中國(guó)電建新疆克州新隆能源開(kāi)發(fā)有限公司，新疆 克州，845550)

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水文泥沙

喀什一級(jí)電站排沙漏斗工程懸移質(zhì)泥沙水文測(cè)驗(yàn)與分析

鄧宏榮

(中國(guó)電建新疆克州新隆能源開(kāi)發(fā)有限公司，新疆 克州，845550)

本文驗(yàn)證了喀什一級(jí)電站排沙漏斗對(duì)多泥沙河流懸移質(zhì)的排除率及耗水量的定量分析，為今后多泥沙河流的排沙設(shè)施選擇提供依據(jù)。

喀什一級(jí)電站 排沙漏斗 懸移質(zhì)含沙量 泥沙水文觀測(cè) 泥沙級(jí)配

1 項(xiàng)目概況

喀什一級(jí)水電站位于新疆喀什市以西約50km的疏附縣內(nèi)克孜河上，修建于1980年，電站由大壩、引水渠道、前池及廠(chǎng)房等建筑物構(gòu)成。喀什一級(jí)電站水庫(kù)庫(kù)容900萬(wàn)m3(含死庫(kù)容)，裝機(jī)規(guī)模19.5MW，設(shè)計(jì)最大水頭49.5m，設(shè)計(jì)引用流量46.2m/s。

克孜河又名紅水河，是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的多泥沙河流，根據(jù)水文氣象資料，河流多年平均含沙量6.20kg/m3，多年平均懸移質(zhì)輸沙量1174萬(wàn)t?？κ惨患?jí)電站排沙漏斗工程位于喀什一級(jí)水電站大壩(以下簡(jiǎn)稱(chēng)大壩)下游6.5km處，為電站引水渠尾端的一座渠系建筑物。

2 排沙漏斗懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)

2.1 懸移質(zhì)泥沙水文測(cè)驗(yàn)的目的

本次懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)的主要目的，是用比較精確的方法，測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)喀什一級(jí)電站排沙漏斗引水渠、退水渠、排沙渠的水量、懸移質(zhì)干沙重量等，結(jié)合同一時(shí)間段的流量資料，確定斷面平均含沙量，輸沙率、截沙率、耗水率等，以科學(xué)數(shù)據(jù)證明排沙漏斗工程對(duì)引水式電站泥沙處理方面的重要作用。

2.2 懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)內(nèi)容

測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目主要內(nèi)容：引水渠流量測(cè)驗(yàn)、排沙渠流量、退水渠的流量測(cè)驗(yàn)；以上斷面及排沙漏斗前沿懸移質(zhì)泥沙進(jìn)行采樣、泥沙顆粒級(jí)配分析；最終對(duì)排沙漏斗工程的排沙能力做出評(píng)價(jià)。

2.3 懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容

(1)測(cè)定引水渠流入排沙漏斗前的流量，不同流量下的泥沙含量、泥沙顆粒級(jí)配分析；

(2)測(cè)定排沙漏斗工程在不同流量下的耗水流量及耗水率，并與該工程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行比較；

(3)檢驗(yàn)排沙漏斗的截沙效果，測(cè)定不同粒徑的排除情況并與該工程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行比較；

(4)測(cè)定排沙渠的流量，不同流量下的泥沙含量、泥沙顆粒級(jí)配分析。

2.4 懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)斷面

(1)選擇離排沙漏斗25km上游處的卡拉貝利水文站為1號(hào)斷面，是本次測(cè)驗(yàn)的參考斷面；

(2)選擇離排沙漏斗工程上游1.2km處的引水渠上設(shè)立2號(hào)測(cè)驗(yàn)斷面，是本次測(cè)驗(yàn)總量控制斷面，控制排沙漏斗總引水量、含沙量；

(3)選擇離排沙漏斗工程下游2.8km處設(shè)立3號(hào)測(cè)驗(yàn)斷面，是本次測(cè)驗(yàn)排沙漏斗退水總量控制斷面；

(4)排沙漏斗前沿西邊設(shè)立排沙漏測(cè)驗(yàn)4號(hào)斷面，是排沙漏斗排沙效果測(cè)量參考斷面；

(5)排沙漏斗前沿東邊設(shè)立排沙漏測(cè)驗(yàn)5號(hào)斷面，是排沙漏斗排沙效果測(cè)量參考斷面；

(6)選擇離排沙漏斗工程以東150m處的排沙渠上設(shè)立6號(hào)斷面，是本次測(cè)驗(yàn)耗水、排沙總量控制斷面。

喀什一級(jí)電站排沙漏斗工程懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)斷面布設(shè)見(jiàn)圖1所示。

圖1 喀什一級(jí)電站排沙漏斗工程懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)斷面平面布置

3 排沙漏斗懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)成果

2012年6月至11月，喀什水文水資源勘測(cè)局對(duì)喀什一級(jí)電站排沙漏斗懸移質(zhì)泥沙，按照選定的六處測(cè)驗(yàn)斷面進(jìn)行水量、懸移質(zhì)泥沙含量、懸移質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配等大量測(cè)試工作，并對(duì)收集的原始資料、測(cè)試結(jié)果進(jìn)行及時(shí)分析和合理性檢查，并對(duì)最終結(jié)果作出評(píng)價(jià)。

3.1 水量和流量

本次測(cè)驗(yàn)參照1號(hào)斷面，從6月1日至11月16日本次測(cè)驗(yàn)結(jié)束為止，共統(tǒng)計(jì)169天的來(lái)水量，水量為25.55×108m3。

喀什一級(jí)電站排沙漏斗工程2號(hào)斷面，從6月1日至11月16日本次測(cè)驗(yàn)結(jié)束為止共引水169天，引水量為7.035×108m3；3號(hào)斷面從6月1日至9月10日本次測(cè)驗(yàn)結(jié)束為止共引水102天，為4.045×108m3；6號(hào)斷面為0.7605×108m3。

3.2 排沙漏斗的排沙耗水率

排沙漏斗排沙耗水率計(jì)算公式：

式中：K——排沙耗水率(%)；

q——排沙耗水流量(m3/s)；

Q——總引水流量(m3/s)。

總引水流量所指斷面即2號(hào)斷面，排沙耗水流量所指斷面即6號(hào)斷面。計(jì)算得到最大排沙耗水率為16.3%，最小排沙耗水率為15.5%，平均排沙耗水率為15.8%。與設(shè)計(jì)排沙耗水率指標(biāo)相比偏大，其主要原因是觀測(cè)期間排沙底孔使用的是1.25m的最大孔徑，而非0.8m的孔徑，造成排沙耗水量和排沙耗水率增大。

3.3 測(cè)驗(yàn)斷面輸沙率、含沙量分析

測(cè)驗(yàn)期間1號(hào)斷面流量295m3/s～316m3/s，輸沙率為838kg/s～4124kg/s，斷面平均含沙量為7.02kg/m3～12.7kg/m3。

2號(hào)斷面流量33.2m3/s～57.1m3/s，輸沙率為12.0kg/s～594kg/s，斷面平均含沙量為0.37kg/m3～11.0kg/m3。

3號(hào)斷面流量在31.7m3/s～45.7m3/s，輸沙率為11.6kg/s～180kg/s，斷面平均含沙量為0.37kg/m3～4.08kg/m3。

4號(hào)斷面平均含沙量為1.95kg/m3～2.95kg/m3。

5號(hào)斷面平均含沙量為1.66kg/m3～3.75kg/m3。

6號(hào)斷面流量8.01m3/s～8.94m3/s，輸沙率為26.5kg/s～75.8kg/s，斷面平均含沙量為3.00kg/m3～8.48kg/m3。

3.4 顆粒級(jí)配成果與分析

本次懸移質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配對(duì)6處斷面的163個(gè)樣品進(jìn)行顆粒級(jí)配分析，最小粒徑0.002mm，最大粒徑2.00mmm。

通過(guò)1～6號(hào)斷面泥沙顆粒的分析，細(xì)顆粒占多數(shù)，粒徑為0.001mm～0.010mm的顆粒在每升水中占14.6%～89.6%；0.001mm～0.020mm的顆粒在每升水中占24.6%～98.2%；0.001mm～0.050mm的顆粒在每升水中占87.9%～98.6%；0.001mm～0.100mm的顆粒在每升水中占89.2%～99.9%；

1號(hào)斷面粒徑為0.001mm～0.010mm的顆粒在每升水中占71.0%，大于0.0100mm的顆粒在每升水中占29.0%。

2號(hào)斷面粒徑為0.001mm～0.010mm的顆粒在每升水中占59.5%，大于0.0100mm的顆粒在每升水中占40.5%。

3號(hào)斷面粒徑為0.001mm～0.010mm的顆粒在每升水中占69.8%，大于0.0100mm的顆粒在每升水中占30.2%。

4號(hào)斷面粒徑為0.001mm～0.010mm的顆粒在每升水中占57.3%，大于0.0100mm的顆粒在每升水中占42.7%。

5號(hào)斷面粒徑為0.001mm～0.010mm的顆粒在每升水中占55.8%，大于0.0100mm的顆粒在每升水中占44.2%。

6號(hào)斷面粒徑為0.001mm～0.010mm的顆粒在每升水中占52.1%，大于0.0100mm的顆粒在每升水中占47.9%。

各斷面每升水中各級(jí)泥沙粒徑所含百分比如表1至表6所示。

表1 1號(hào)斷面每升水中各類(lèi)粒徑所含百分比 單位：%

表2 2號(hào)斷面每升水中各類(lèi)粒徑所含百分比 單位：%

表3 3號(hào)斷面每升水中各類(lèi)粒徑所含百分比 單位：%

表4 4號(hào)斷面每升水中各類(lèi)粒徑所含百分比 單位：%

表5 5號(hào)斷面每升水中各類(lèi)粒徑所含百分比 單位：%

表6 6號(hào)斷面每升水中各類(lèi)粒徑所含百分比 單位：%

3.5 排沙漏斗的泥沙排除率

排沙漏斗泥沙排除率公式：

式中：Qs′△Pi′——下游斷面輸沙率與相應(yīng)粒徑級(jí)配的積；

Qs△Pi——上游斷面輸沙率與相應(yīng)粒徑級(jí)配的積。

根據(jù)實(shí)測(cè)的斷面輸沙率和泥沙顆粒級(jí)配數(shù)據(jù)，依據(jù)上述排沙漏斗泥沙排除率公式，計(jì)算出各斷面各級(jí)顆粒泥沙的排除率。

根據(jù)3、4、5號(hào)斷面各級(jí)粒徑泥沙排除率，計(jì)算出各粒徑區(qū)間泥沙排除率如表7所示。

表7 不同斷面各粒徑區(qū)間泥沙排除率 單位：%

4 水文測(cè)驗(yàn)成果評(píng)價(jià)

本次測(cè)驗(yàn)選擇不同來(lái)水情況條件下，對(duì)六個(gè)斷面共進(jìn)行24個(gè)斷面次的水文測(cè)驗(yàn)，并對(duì)163個(gè)泥沙樣品進(jìn)行顆粒級(jí)配分析，按照排沙漏斗工程技術(shù)要求與實(shí)測(cè)測(cè)驗(yàn)、分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.1 排沙漏斗排沙耗水率評(píng)價(jià)

排沙漏斗最大排沙耗水率為16.3%，最小排沙耗水率為15.5%，平均排沙耗水率為15.8%，與設(shè)計(jì)排沙耗水率指標(biāo)比偏大。其主要原因是觀測(cè)期間排沙底孔使用的是1.25m的最大孔徑，而非0.8m的孔徑，造成排沙耗水率大于設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。

4.2 排沙漏斗的泥沙排除率評(píng)價(jià)

排沙漏斗對(duì)粒徑0.001mm～0.005mm懸移質(zhì)泥沙的排除率為62.3%，對(duì)粒徑0.005mm～0.01mm懸移質(zhì)泥沙的排除率為65.0%，對(duì)粒徑0.01mm～0.05mm懸移質(zhì)泥沙的排除率為65.7%，對(duì)粒徑0.05mm～0.1mm懸移質(zhì)泥沙的排除率為77.5%，對(duì)粒徑0.1mm～0.25mm懸移質(zhì)泥沙的排除率為83.6%，對(duì)粒徑0.25mm～0.5mm懸移質(zhì)泥沙的排除率為86.4%，對(duì)粒徑0.5mm～1.0mm懸移質(zhì)泥沙的排除率為94.4%～99.0%，對(duì)粒徑0.25mm以上有害過(guò)機(jī)泥沙的綜合排除率為94.9%。排沙漏斗的泥沙排除率均大于工程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，符合所規(guī)定的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

喀什一級(jí)電站引水渠上游是攔河大壩，粗顆粒泥沙基本上沉淀在壩前，但洪水期仍有部分粗顆粒泥沙沒(méi)有沉淀而直接進(jìn)入引水渠。修建了排沙漏斗工程以后，有效排除了進(jìn)入引水渠的泥沙，對(duì)水利工程、水力發(fā)電等設(shè)施設(shè)備的危害程度大大減輕。同時(shí)，也減輕了對(duì)下游農(nóng)林牧灌溉、引水式電站、工業(yè)及人畜飲水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等的泥沙危害，提高了各類(lèi)水電工程的防洪、灌溉、發(fā)電能力，降低了水力機(jī)械和水工建筑物的磨損，減少了工程造價(jià)和維修費(fèi)用。

通過(guò)喀什一級(jí)電站的排沙漏斗的實(shí)地測(cè)驗(yàn)，有力地佐證了排沙漏斗可以處理100%的推移質(zhì)泥沙，參照沉砂池的規(guī)范要求，可以完全滿(mǎn)足水電站發(fā)電機(jī)組所允許的泥沙過(guò)機(jī)粒徑要求，有效解決了水輪機(jī)及壓力鋼管的快速磨損問(wèn)題。與常規(guī)的沉砂池相比，采用此排沙漏斗可以大幅度節(jié)省工程投資和減少排沙用水量，為克孜河上其它電站開(kāi)發(fā)的泥沙處理提供了可靠的資料，也為其它多泥沙河流的取水排沙提供很好的借鑒例證。

〔1〕錢(qián) 寧.高含沙水流運(yùn)動(dòng).北京：清華大學(xué)出版社，1989.

〔2〕張瑞瑾等.河流泥沙工程學(xué).北京：水利出版社，1981.

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