李大仁

(嵊州市剡湖街道農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)服務(wù)站，浙江 嵊州312400)

0 引 言

目前，我國的燃煤量占據(jù)世界燃煤總量的50%以上，排放的CO2量超過美國和歐盟的總和，承受著來自國際社會的巨大壓力。我國具有地勢差距大、河流分布廣等地理優(yōu)勢，水能資源世界第一，但目前只利用了其中的30%，所以開發(fā)潛力是巨大的。在這些因素下，水電站的發(fā)展必然有著良好的前途。水電站工程的主要建筑方案選型直接關(guān)系到工程的投資、科學(xué)合理性等重點(diǎn)問題，在設(shè)計和建造時需特別重視［1］。

1 工程概況

某水電站工程裝機(jī)總量為5 200 kW，等級為Ⅴ等，規(guī)模為小(2)型。主要建筑物按5 級建筑物設(shè)計，次要建筑物及臨時建筑物按5 級設(shè)計。該水電站所處地形較復(fù)雜，地質(zhì)條件良好，工程主要由引水渠首、沉沙池、引水渠、壓力前池、壓力管道、廠房、尾水渠、泄水陡坡、退水渠、升壓站及生活區(qū)等部分組成。下面對一些主要建筑的選型設(shè)計和計算進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 主要建筑的選型方案及計算

2.1 引水渠首的選型與計算

2.1.1 方案選型

從總體河道形狀來看，渠首若在上游修建，由于上游河道漸寬，主流擺動大，造成攔河工程量大，工程不經(jīng)濟(jì);若在下游修建，則河道變得窄深，會造成引水渠挖深很大，工程投資增大，另一方面也不利于水能合理利用。綜合考慮，最終確定引水渠首位置放在河段上游，據(jù)此提出兩種選型方案［2］。

2.1.1.1 攔河閘式

渠首采用攔河閘形式，由3 孔泄洪閘和1 孔進(jìn)水閘組成，示意圖詳見圖1。該形式具有以下優(yōu)點(diǎn):

1)工程緊湊，投資較少。

2)3 孔泄洪閘沖砂靈活，閘前淤積少，由于設(shè)置了沉沙池，渠首防砂效果好。缺點(diǎn)是運(yùn)行管理較麻煩。預(yù)計該方案投資為195 萬元。

2.1.1.2 閘、堰結(jié)合型式

渠首采用閘、堰結(jié)合攔河形式，渠首由1 孔沖沙閘、1 孔進(jìn)水閘和溢流堰組成，進(jìn)水閘與沖沙閘呈80°夾角，沖沙閘與河床底板同高，進(jìn)水閘地板較沖沙閘底板高2.5m，溢流堰為薄壁堰，堰長60m。示意圖見圖2。該形式渠首設(shè)置了溢流堰，工程運(yùn)行管理較方便。但具有工程投資大、溢流堰前淤積嚴(yán)重等缺點(diǎn)。預(yù)計該方案投資為220 萬元。

圖1 攔河閘式引水渠首

圖2 閘、堰結(jié)合式引水渠首

方案一的渠首平面布置緊湊，工程投資較小;方案二由于設(shè)置了溢流堰，在汛期運(yùn)行管理較方便，但同時也增加了投資，由于只設(shè)置1 孔沖沙閘，堰前淤積比較嚴(yán)重。經(jīng)過比選，最終選擇方案一。

2.1.2 水力計算

根據(jù)公式(1)，對泄洪閘的設(shè)置方案進(jìn)行驗算［3］。

式中:Q 為流量值，m3/s;σs為淹沒系數(shù)，取為0.92;m′為無坎寬頂堰流量系數(shù)，取為0.345;n 為閘孔數(shù)，取3;b 為閘孔寬，假設(shè)為5m;H0為堰頂水頭，取3.3m。

計算得Q=125.58 m3/s;可見閘孔寬取3 孔5m略偏大，基本合適。

2.2 引水渠道的選型與計算

2.2.1 方案選型

水電站的動力渠道首先要滿足不沖不於流速，又因該電站冬季要發(fā)電，故要考慮渠道的輸冰流速(≥1.1m/s)。由于渠道的設(shè)計流量不大，所以只考慮暗渠方案。在此，擬定3 種方案:

1)方案一:城門洞形暗渠。

2)方案二:采用矩形暗渠，暗渠側(cè)墻為C25 毛石混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

3)方案三:仍采用矩形暗渠，暗渠側(cè)墻采用C25鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)。三者的詳細(xì)對比情況見表1。經(jīng)過綜合比較，最終選定方案二作為優(yōu)選方案。

表1 引水渠道方案比較表

2.2.2 水力計算

根據(jù)明渠均勻流公式(2)和(3)，得到引水渠道的水力要素表2［4］。

式中:Q 為流量，11.5m3/s;A 為過水?dāng)嗝婷娣e，m2;C 為謝才系數(shù);R 為水力半徑，m;i 為渠道縱坡，取值0.001;b 為渠底寬，取值2.3m;m 為邊坡系數(shù)，取值0;h 為水深，m;計算得h =2.73m，確定Δh =0.52m，則H渠=3.25m。

表2 引水渠水力要素表

2.3 壓力前池的選型

壓力前池的主要作用是為壓力水管均勻供水，在機(jī)組的流量變化時起調(diào)節(jié)作用。一般壓力前池由渠道末端加深加寬設(shè)置的，主要部分有漸變段及池身、進(jìn)出口管道設(shè)備等。特別要注意地基的穩(wěn)定，要保證水流平順。結(jié)合本工程的實際條件，初步擬定了兩種壓力前池方案，具體如下。經(jīng)過綜合比較，最終選取方案一作為本工程的最終方案［5］。

2.3.1 方案一

正面溢流、排冰、排砂，側(cè)面引水發(fā)電，采用虹吸進(jìn)水方式見圖3。該形式的優(yōu)點(diǎn)是采用虹吸進(jìn)水，免除了冬季運(yùn)行之困難，而且管道斷流迅速、徹底。缺點(diǎn)是需要設(shè)置真空破壞閥和真空泵，需保溫運(yùn)行。預(yù)計投資119 萬元。

圖3 方案一的壓力前池示意圖

2.3.2 方案二

正面溢流排砂、側(cè)面引水發(fā)電，采用閘門進(jìn)水方式見圖4。該形式的優(yōu)點(diǎn)是采用閘門進(jìn)水，進(jìn)水室簡單管理方便。采用閘門進(jìn)水，進(jìn)水室簡單管理方便。缺點(diǎn)是溢流堰排冰不方便、排沙效果不好、冬季運(yùn)行閘門啟閉受到冰凍影響。預(yù)計投資186 萬元。

3 結(jié) 語

主要建筑方案設(shè)計作為水電站項目的主要工程之一，對水電站日后的使用情況有著決定性影響。在方案選取時，應(yīng)遵循“因地制宜、科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)適宜”的總方針，技術(shù)人員要深入現(xiàn)場，多做調(diào)查研究，杜絕出現(xiàn)“大馬拉小車和小馬拉大車”的現(xiàn)象發(fā)生［6］。本水電站工程主要建筑的設(shè)計方案充分結(jié)合了當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，具有很強(qiáng)的實用性和合理性。

圖4 方案二的壓力前池示意圖

［1］倪愛民，楊牧.沐若水電站建筑設(shè)計概述［J］.人民長江，2013，44(08):51－53.

［2］劉暢，蔡斌.論水電站廠房的建筑節(jié)能的設(shè)計及應(yīng)用［J］.云南水力發(fā)電，2012，28(05):47－52.

［3］李龍，宋升.古爾圖河四級水電站引水渠的設(shè)計與施工［J］.中國水運(yùn):下半月，2012，12(01):192－193.

［4］張多新，王清云，馬文亮，劉東常.水電站引水壓力管道受力分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計研究［J］.水資源與水工程學(xué)報，2008，19(03):24－27.

［5］趙正飛.水電站長有壓引水系統(tǒng)水力過度過程若干問題的計算研究［D］.西安:西安理工大學(xué)，2010.

［6］劉妍.水電站工程施工組織設(shè)計方案評價研究［D］.長沙:中南大學(xué)，2013.