摘要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，小型水電站產(chǎn)業(yè)也得到了快速的發(fā)展。本文主要以廣東省某小型水電站的引水系統(tǒng)的例子來對其設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要的分析。此水電站是位于梯級工程的下游電站，因此要想保證小型水電站的運(yùn)行效率能夠符合設(shè)計(jì)的要求，就必須與其引水建筑物的特點(diǎn)相適應(yīng)。另外，還需要對小型水電站的引水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，例如對取水樞紐等部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以保證其引水系統(tǒng)的整體運(yùn)行能夠符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還有效降低了工程的施工難度和安全隱患。

關(guān)鍵詞：小型水電站；引水系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，各種水利水電工程項(xiàng)目也進(jìn)一步得到了快速的發(fā)展，引水系統(tǒng)是小型水電站中十分重要的組成部分，通常是由進(jìn)水口、引水管道、壓力管道、尾水出口和尾水隧洞等幾個(gè)部分組成，對引水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效降低施工的工程量，同時(shí)還可以在工程建設(shè)過程中得到更大的經(jīng)濟(jì)收益。目前，我國設(shè)計(jì)行業(yè)通常會(huì)使用一些新工藝、新材料等來對引水系統(tǒng)的進(jìn)水口、尾水出口等部分進(jìn)行合理優(yōu)化，使小型水電站在最大程度上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二、工程概況

廣東省某小型水電站工程是以引水式水電站作為整個(gè)水電站的主要存在形式。施工過程中需要完成的任務(wù)有引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和升壓站等部分的施工，此小型水電站工程符合中水頭徑流引水式電站的特點(diǎn)。其中，此小型水電站最初設(shè)計(jì)的引水流量為16.95m3/s，尾水部分的設(shè)計(jì)流量為14.78m3/s。這個(gè)小型水電站的裝機(jī)總?cè)萘渴?2MW，每年運(yùn)行時(shí)間約為4746h。

三、小型水電站引水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性

其實(shí)，梯級水電站與上級水電站以及次級水電站在電力方面都具有十分緊密的聯(lián)系，同時(shí)水力方面也是在設(shè)計(jì)梯級水電站時(shí)十分關(guān)鍵的因素。所以，該小型水電站在進(jìn)行引水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該全面考慮電離平衡、水量平衡和尾水銜接等多方面因素對引水系統(tǒng)的影響。此項(xiàng)目中的水電站在設(shè)計(jì)之初都設(shè)置了一條具有調(diào)壓室的隧洞，因此在對引水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)還要注意此系統(tǒng)中缺少一個(gè)無壓過渡段來對隧洞起到穩(wěn)定作用。此外，由于上下2級水電站的具體運(yùn)行方式是不完全相同的，因此實(shí)現(xiàn)水力的順利過渡也是一項(xiàng)十分繁雜的任務(wù)。

此小型水電站的運(yùn)行流量主要是由上級水電站提供的，因此這兩所水電站無論哪一所負(fù)荷發(fā)生變化都會(huì)對兩者產(chǎn)生不小的影響。如果上級水電站在運(yùn)行過程中突然解除所有負(fù)荷，都會(huì)直接造成小型水電站的發(fā)電引用流量大幅度下降，最有效的解決辦法就是馬上停止所有的運(yùn)行的機(jī)組以免其受到不利的影響。如果小型水電站中的導(dǎo)葉或者調(diào)速系統(tǒng)由于引用流量急速下降而發(fā)生故障，因此必須及時(shí)采取有效措施如關(guān)閉閥門等盡快將所有設(shè)備全部停機(jī)，這有這樣才能有效防止小型水電站的壓力隧洞由于進(jìn)水口進(jìn)入空氣而對系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響。因此應(yīng)該在滿足上下游兩端的水電站的順利連接以及小型水電站順利運(yùn)行的條件下，可以通過對無壓隧洞進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等方式來實(shí)現(xiàn)兩級水電站的良好過渡，這樣也可以有效防止該小型水電站在運(yùn)行時(shí)由于引水隧洞漏氣等問題而造成的事故等問題。

四、小型水電站引水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

4.1、對首部樞紐進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

此水電站的上一級水電站通過有壓引水箱涵來把尾水引流到取水口處的工作原理。最初設(shè)計(jì)的引水箱涵位于地下的室暗內(nèi)，同時(shí)這也是處理尾水的主要結(jié)構(gòu)形式。引水箱涵是由長為32m、寬為7.3m、高為3.6m的鋼筋混凝土制作而成的，并以2孔的形式來布置，單孔的寬為2.4m、高為2.5m。該小型水電站的引水箱涵通常設(shè)置在沉沙池的下游部位。在進(jìn)行具體的施工時(shí)通常采用將砂卵石碾壓分層的辦法來保證其密實(shí)程度，引水箱涵的底部也要設(shè)置一條合理的盲溝起到排水的作用。過水表層通過澆筑埋石混凝土來確保其整體性能可以滿足運(yùn)行要求。

4.2、對引水隧洞進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

在對此小型水電站的引水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注重對引水隧道的局部進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以把最初設(shè)計(jì)的馬蹄型引水隧洞改為城門洞的形式，這樣可以有效降低隧洞的壓力。另外，還應(yīng)該將無壓隧洞的規(guī)模調(diào)整為底寬為3.2m、直墻為3.5m、最大凈高為4.40m，同時(shí)保證整個(gè)隧洞的底板高程保持在2292.9m的范圍內(nèi)。在修砌隧洞時(shí)應(yīng)該采用混凝土或者鋼筋混凝土等材料作為隧洞的襯砌，同時(shí)對圍巖進(jìn)行加固以確保隧洞的安全性和穩(wěn)定性，另外還可以通過使用錨桿或者灌漿的辦法來保證引水隧洞的強(qiáng)度等要求。在對小型水電站進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該注重將無壓隧洞與有壓隧洞進(jìn)行平穩(wěn)的連接，這樣可以有效防止小型水電站在正常運(yùn)行過程中由于上一級水電站突然失去負(fù)荷而導(dǎo)致無壓隧洞發(fā)生封頂?shù)氖鹿?，通常的做法是在有壓隧洞和無壓隧洞的連接處設(shè)置一個(gè)溢洪道，實(shí)現(xiàn)泄洪的同時(shí)保證小型水電站的正常運(yùn)行。

4.3、對泄水隧洞進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了避免小型水電站在運(yùn)行過程中不發(fā)生無壓隧洞封頂?shù)氖鹿剩托枰鑼⑹┕ぶФ丛O(shè)計(jì)成泄水隧洞，在設(shè)計(jì)泄洪隧洞時(shí)需要注意應(yīng)該向著與引水隧道垂直的方向施工，這樣的布置有利于把下泄出來的超出的水量排放出去，使其全部流入到主河里去，這樣可以有效防止因?yàn)樗窟^多而對小型水電站的正常運(yùn)行產(chǎn)生十分不利的影響。在設(shè)計(jì)溢流側(cè)堰與泄水隧洞時(shí)需要注意很多問題，例如要以機(jī)組在全部丟棄負(fù)荷的情況下的泄流量作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)泄水隧洞時(shí)可以適當(dāng)調(diào)整洞室的寬度，這樣可以有效降低施工難度。由于溢流側(cè)堰只要在小型水電站放棄全部荷時(shí)發(fā)揮泄流作用即可，因此在設(shè)計(jì)過程中通常采用薄壁的形式作為溢流堰的主要結(jié)構(gòu)，并注意應(yīng)該保證堰頂?shù)母叱坛稣Ｋ坏?.15m為宜。除此之外，還應(yīng)該對泄水隧道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。一般情況下，可以采用設(shè)計(jì)一個(gè)城門洞的形狀來保證水電站的正常運(yùn)行，城門洞通常設(shè)計(jì)為底部寬度1.6m、縱坡斜度為8.3%，這樣可以對小型水電站的正常運(yùn)行起到一個(gè)保障的作用。

五、小型水電站引水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果分析

在對本文所述的小型水電站的引水系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，將引水系統(tǒng)的柵欄壩的底部寬度改為6.2m，沉沙池的寬度改成了7.6m，平均工作水深改成了5.4m。通過將小型水電站的引水系統(tǒng)進(jìn)行合理的的優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，不僅極大的減少了工程施工單位對小型水電站的施工工程量，與此同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員通過準(zhǔn)確的計(jì)算之后可以明確保證，當(dāng)在小型水電站中優(yōu)化設(shè)計(jì)一個(gè)合理的無壓隧洞之后，就算上一級的水電站突然全部放棄所有負(fù)荷之后也可以保證有壓隧洞不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入氣體。相關(guān)人員完全可以利用這一段時(shí)間來對小型水電站上一級水電站發(fā)生事故后的一系列應(yīng)急處理。

六、結(jié)束語

總而言之，引水系統(tǒng)是小型水電站中十分重要的組成部分，因此，對引水系統(tǒng)進(jìn)行合理性的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效降低施工的工程量，同時(shí)還可以在工程建設(shè)過程中得到更大的經(jīng)濟(jì)收益。因此，必須確保我國小型水電站的發(fā)展，這將對我國的整體發(fā)展以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大都具有十分重要的促進(jìn)作用。

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