王樹(shù)東

吉林省長(zhǎng)春市農(nóng)安縣水利勘測(cè)設(shè)計(jì)中心

關(guān)于水電站工程設(shè)計(jì)中的前池結(jié)構(gòu)及布置探討

王樹(shù)東

吉林省長(zhǎng)春市農(nóng)安縣水利勘測(cè)設(shè)計(jì)中心

水電站作為我國(guó)水電事業(yè)重要的建設(shè)工程，對(duì)于提供電力資源、解決電力供需矛盾具有重要意義。水電站工程的主要構(gòu)件設(shè)計(jì)的是否合理，將會(huì)直接影響到水電站的能否有效運(yùn)行。而前池是水電站的重要構(gòu)件之一，因此，水電站工程中的前池設(shè)計(jì)對(duì)于水電站設(shè)計(jì)工作的順利開(kāi)展具有重要影響。水電站前池的結(jié)構(gòu)和布置方面設(shè)計(jì)有很多問(wèn)題需要探討。

水電站工程；前池結(jié)構(gòu)；布置

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長(zhǎng)，社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們生產(chǎn)生活中對(duì)電力資源的需求也逐步上升。電力資源供不應(yīng)求的矛盾已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)在現(xiàn)代社會(huì)中，電力工作在現(xiàn)代化的建設(shè)中占據(jù)重要地位。保證電力工作的順利進(jìn)行，水電站作為重要的發(fā)電工程，對(duì)于促進(jìn)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行、便利人們的生產(chǎn)生活、保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，具有重要意義。因而加強(qiáng)水電站的設(shè)計(jì)工作就顯得尤為必要，要將水電站的工程設(shè)計(jì)好，前池作為水電站的重要組成部分，對(duì)于發(fā)電站的正常運(yùn)行具有重要影響。做好水電站工程前池的結(jié)構(gòu)及布置的設(shè)計(jì)工作，將會(huì)直接影響到水電站的發(fā)電供電功能。

1 水電站工程中前池的內(nèi)涵

壓力前池是指連接無(wú)壓引水道與壓力管道，為水輪機(jī)調(diào)節(jié)水量和水位、平穩(wěn)水流的水池。它設(shè)于水電站無(wú)壓引水道與壓力管道聯(lián)接處。并設(shè)有排除雜物、泄放棄水等設(shè)施。它由池身、壓力墻、壓力管道進(jìn)水口、泄水道、排污、排砂、排冰道等組成，各建筑物視需要而設(shè)置，某些建筑物可結(jié)合使用，如排污、排冰及排沙道可共用一個(gè)陡槽。

壓力前池的池身要能容納一定的水體積，多利用有利地形，擴(kuò)寬、加深形成。池身與引水道間設(shè)漸變段。壓力前池位置的選擇應(yīng)特別注意地基穩(wěn)定和滲漏條件。

在水電站設(shè)計(jì)時(shí)，都會(huì)根據(jù)水電站的功能要求，選擇設(shè)置一個(gè)合理的前池，這種做法對(duì)于水電站的平衡發(fā)電功能起到保障作用，同時(shí)對(duì)于水電站自身的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到良好的促進(jìn)作用。因而需要對(duì)前池的結(jié)構(gòu)和布置進(jìn)行詳細(xì)地分析研究，以確保前池結(jié)構(gòu)和布置能夠達(dá)到規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)要求，為水電站的正常運(yùn)行起到良好的輔助作用。

2 水電站工程中前池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 前池在水電站工程中起到的具體作用

水電站自身的情況有所不同時(shí)，前池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也將會(huì)有所差別，但是大部分水電站工程中前池的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是相似的。

壓力前池在水電站工程中具有如下作用：

(1)節(jié)水量。無(wú)壓引水道水流經(jīng)過(guò)壓力前池平穩(wěn)地分配到各壓力管道。當(dāng)機(jī)組出力增加時(shí)，從前池補(bǔ)充水量。當(dāng)出力減小時(shí)，前池可容納多余的水量。它一般具有日調(diào)節(jié)功能。

(2)穩(wěn)水流。當(dāng)水電站減負(fù)荷時(shí)，流入壓力管道的流量將發(fā)生急劇減少，利用壓力前池的容積和設(shè)有的溢流設(shè)施，能迅速消滅涌浪，平穩(wěn)水流，故它又稱平水池。

(3)設(shè)置閘門(mén)保證事故關(guān)閉和檢修。在壓力墻內(nèi)設(shè)壓力管道進(jìn)水口，進(jìn)水口設(shè)事故閘門(mén)、檢修閘門(mén)、通氣孔和啟門(mén)設(shè)備。在事故情況下，事故閘門(mén)可緊急關(guān)閉。通氣孔向壓力管道中補(bǔ)氣，避免管道內(nèi)形成真空。

(4)排除污物、冰凌和泥沙。壓力管道進(jìn)水口設(shè)攔污柵及清污設(shè)備，以清除從渠道流來(lái)的漂浮物。并可在壓力管道進(jìn)水口附近設(shè)排污道。由于壓力前池中流速低，具有一定的沉沙作用，沉沙可用排沙廊道排出。排沙廊道宜設(shè)置在壓力管道進(jìn)水口下面，以利水流推動(dòng)泥沙進(jìn)入廊道。

(5)保證電站下游用水。在電站停止運(yùn)行時(shí)，為保證電站下游用水，需設(shè)置泄水道，在堰后設(shè)置泄水陡槽。對(duì)于引水式電站來(lái)說(shuō)，前池能夠起到“承前啟后”的作用，是一種具有過(guò)渡性功能的建筑物。在這類水電站之中，形成前池，通常需要在引水渠(或無(wú)壓隧洞)的末端加深渠底，擴(kuò)大渠道(或無(wú)壓隧洞)的斷面尺寸。在引水渠(或無(wú)壓隧洞)的末端設(shè)置前室、進(jìn)水室、溢流堰、沖砂閘、泄水渠等建筑物，使得前池具有調(diào)節(jié)流量的一定容積。同時(shí)這種前池的結(jié)構(gòu)對(duì)于水電站減緩流速、攔阻雜物、調(diào)節(jié)水量、平穩(wěn)水頭、減少水位的波動(dòng)具有重要作用。

2.2 前池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

進(jìn)行水電站前池設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮前池對(duì)電站發(fā)電時(shí)的調(diào)節(jié)功能。在前池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，宜采用水利條件較好的正向進(jìn)水方式，側(cè)向進(jìn)行溢流和排沙。

水電站的前池結(jié)構(gòu)主要由擴(kuò)散段、池身、進(jìn)水室、溢流堰、沖沙閘室、沖砂泄水道等部分組成。水電站工程中的前池必須保證進(jìn)水口水流的平順，且流速要保持分布均勻的狀態(tài)，不能形成回流或者集中的底流，為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，電站在設(shè)計(jì)時(shí)宜采用進(jìn)水口中心線與引水渠道中心線相重合的措施。前池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還需要有重要的舉措來(lái)防止水流出現(xiàn)渦流的現(xiàn)象發(fā)生，保證水流能夠均勻擴(kuò)散，通常在前池進(jìn)口用漸變段和上游渠道采用對(duì)稱擴(kuò)散的形式，需要保證單側(cè)擴(kuò)散角不宜超過(guò)12°。前池的池身段結(jié)構(gòu)宜采用平順直段的形式，池身長(zhǎng)時(shí)宜采用分縫的結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)分縫處設(shè)一道橡膠止水帶，并在底部設(shè)置排水盲溝，各條溝匯集到較低的沖沙閘處，池水隨著沖沙陡槽引出，以達(dá)到防止池水滲入到基礎(chǔ)上，造成基礎(chǔ)軟化引起滑動(dòng)的目的。

3 水電站工程中前池的布置設(shè)計(jì)

在選擇前池的布置區(qū)域時(shí)，要綜合考慮水電站的各種情況及總體布置，尤其要對(duì)水電站的周?chē)乩憝h(huán)境、氣候環(huán)境進(jìn)行全面考察，進(jìn)而選擇一個(gè)合理的區(qū)域進(jìn)行前池的布置。

為了保證前池能夠起到對(duì)水電站的調(diào)節(jié)作用和保障其自身的安全性能，一般選擇將水電站工程中的前池布置在地形較為平緩、山坡較為穩(wěn)定的山脊的天然地基之上，盡可能地避開(kāi)滑坡和順坡裂隙的發(fā)育地段，同時(shí)在進(jìn)行前池的布置時(shí)，還需要充分注意到前池建成之后水文地質(zhì)條件的變化影響周?chē)ㄖ镆约案哌吰路€(wěn)定的不利情形，以求確保前池和下游廠房的安全。合理選擇布置前池的區(qū)域，對(duì)于充分發(fā)揮前池對(duì)水電站的綜合效用具有重要意義，同時(shí)還能對(duì)當(dāng)?shù)氐乃沫h(huán)境起到一定的調(diào)節(jié)作用，更好維護(hù)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電力資源的需求也在逐步上升，想要滿足人們生產(chǎn)生活中對(duì)于電力資源的需求，解決現(xiàn)實(shí)社會(huì)中存在的電力供需矛盾，就需要提高電力企業(yè)的供電能力，增強(qiáng)水電站自身的發(fā)電能力。水電站的最終目的是為社會(huì)、為人民提供良好的電力資源，因而保障水電站發(fā)電工作的正常有效運(yùn)行，就成為眾多水電工作者一直在探索和思考的問(wèn)題。實(shí)踐表明，水電站的結(jié)構(gòu)設(shè)施直接影響到了水電站的發(fā)電功能，因此，前池結(jié)構(gòu)及布置設(shè)計(jì)工作做好，會(huì)對(duì)水電站發(fā)電效益的提升起到重要的保障作用。