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        生態(tài)小水電增效擴(kuò)容改造方案探討

        2021-08-18 09:11:24譚時勇
        陜西水利 2021年7期
        關(guān)鍵詞:洞口閘門隧洞

        譚時勇,唐 薇

        (寧波天成水利水電設(shè)計有限公司,浙江 寧波 315100)

        1 概況

        1.1 電站基本情況

        龍洞口水電站是通過攔水堰壩、引水隧洞、引水閘、輸水隧洞、壓力管道等設(shè)施引河道來水發(fā)電的引水式電站。龍洞口水電站坐落于石梁鎮(zhèn)慈圣村,屬于臺州市天臺縣慈圣溪支流泄下溪,它于1998年開工興建,1998年投產(chǎn)運(yùn)行,所有制性質(zhì)為個人所有。年平均發(fā)電量約152萬kW·h,總裝機(jī)容量為1000 kW,裝有2個發(fā)電機(jī)組,至石梁供電所并網(wǎng)。

        龍洞口水電站增效改造工程為引水式電站,根據(jù)中華人民共和國《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)第6.1.1條界定,其工程等別為Ⅴ等工程,引水建筑、取水樞紐、電站廠房等建筑物級別為5級。根據(jù)工程等級,相應(yīng)洪水標(biāo)準(zhǔn)為:設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)20 a一遇;廠房及升壓站的洪水標(biāo)準(zhǔn)等同取水壩的洪水標(biāo)準(zhǔn),也采用20 a一遇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[1]。

        1.2 水文、氣象基本概況

        天臺屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,降水豐沛,熱量充足。天臺年平均氣溫17.0℃,極端最高氣溫41.7℃,極端最低氣溫-9.1℃。年降水量平均值為1411.7 mm;年平均日照總時數(shù)1756.3 h。天臺地表徑流量為12.90億m3,其中始豐溪南岸區(qū)為3.53億m3,始豐溪北岸區(qū)為5.79億m3。

        龍洞口電站位于天臺縣石梁鎮(zhèn)慈圣村境內(nèi),坐落于慈圣溪支流泄上溪上游,屬于新昌江流域,距離天臺縣城約35 km,壩址以上集雨面積18.0 km2。泄上溪發(fā)源于新昌縣芹塘村以北雪里坑,出芹塘村后,至里泄上村,流至慈圣村匯流慈圣溪。電站上游河道主流長度5.8 km,匯水面積10.50 km2。電站引水跡溪之水,跡溪發(fā)源于新昌縣華頂山,出跡溪村后,經(jīng)過石滑頭流至慈圣村匯流慈圣溪。跡溪河長4.6 km,集雨面積7.50 km2。

        1.3 徑流

        慈圣溪是新昌江上游的一條支流,屬山溪性河流,徑流主要是由降雨形成,徑流與降水的年際、年內(nèi)變化基本同步。因設(shè)計流域內(nèi)沒有實(shí)測的徑流相關(guān)資料,本設(shè)計以新昌水文測站作為參考站,采用水文比擬法計算徑流[2],流域的年徑流量由各分區(qū)面積之比、并考慮設(shè)計流域與參考流域降水量的差異修正縮放而得??s放系數(shù)按下式計算:

        式中:K為徑流縮放系數(shù);F設(shè)、F參分別為設(shè)計和參證流域的集雨面積,km2;P設(shè)、P參分別為設(shè)計和參證流域的降雨量,mm[3]。

        計算結(jié)果見表1。

        表1 天然徑流計算成果表

        由上述計算方法求得,龍洞口水電站多年平均流量為0.715 m3/s,年徑流系數(shù)0.705。

        2 現(xiàn)狀主要存在問題

        2.1 設(shè)備老舊,運(yùn)行效率較低

        龍洞口電站的機(jī)電設(shè)備基本都是20世紀(jì)90年代末的機(jī)型,經(jīng)過近20多年生產(chǎn)運(yùn)行,機(jī)組設(shè)備逐漸老化,事故頻繁,經(jīng)常需要維修。

        2.2 水資源綜合利用不夠全面充分

        機(jī)組裝機(jī)較小,豐水期時棄水較多,造成水資源白白浪費(fèi)。電站輸水隧洞較大,運(yùn)行良好,有進(jìn)行增效擴(kuò)容改造的條件,但由于資金困難,對電站改造遲遲沒有實(shí)施。水資源綜合利用不充分。

        2.3 河道生態(tài)環(huán)境有所破壞

        工程泄上溪攔水堰壩與廠址區(qū)間為1.04 km,為脫水河段,集水面積0.37 km2,自然落差達(dá)83 m,區(qū)間沒有較大的支流補(bǔ)水,影響了河道的生態(tài)環(huán)境。

        3 電站改造方案

        3.1 增效擴(kuò)容

        3.1.1 水能計算

        龍洞口水電站建立在慈圣溪上,取水堰壩以上集雨面積18.00 km2,所在流域植被茂密,雨水較多,據(jù)統(tǒng)計多年平均降雨量1776.4 mm。該電站上游沒有水庫和電站。

        (1)龍洞口水電站發(fā)電水量

        龍洞口多年平均來水量W0=18×125.27=2254.86×104m3。根據(jù)《浙江省引水式水電站多年平均引水模數(shù)與年引水率關(guān)系表》查得,并考慮引水流量和2萬m3蓄水池的調(diào)節(jié),電站發(fā)電引水率取γ=58%[4];

        可利用的發(fā)電水量W=γ×W0=0.58×2254.86×104=1307.82×104m3

        (2)多年平均發(fā)電量計算

        E=0.0021WH=0.0021×1315.61×104×80=221.02萬kW·h

        (3)發(fā)電保證出力

        QP=0.25×18/100=0.045 m3/s

        80%的保證出力n=9.81×0.92×0.93×0.045×80=30.22 kW

        (4)發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量及機(jī)型選擇

        N=9.81×2.25×80×0.92×0.93=1510 kW

        選取SFW630-6和SFW800-6型水輪機(jī)各1臺,總裝機(jī)1430 kW。

        (5)裝機(jī)年利用小時

        h=221.02×104/1430=1545 h

        3.1.2 電站規(guī)模復(fù)核

        電站發(fā)電流量:本次改造后設(shè)計流量:機(jī)組1的設(shè)計流量為0.99 m3/s,機(jī)組2的設(shè)計流量為1.26 m3/s,共2臺機(jī)組,總流量2.25 m3/s。

        電站裝機(jī)規(guī)模復(fù)核:根據(jù)電站用水規(guī)模和水輪機(jī)裝機(jī)選型確定,選擇綜合效率較好的機(jī)組組合:電站裝機(jī)容量1臺630 kW+1臺800 kW,總裝機(jī)為1430 kW。

        3.1.3 機(jī)組選型

        水電站增效改造工程裝機(jī)1430 kW的機(jī)組,水輪機(jī)組主要參數(shù)見表2、表3。

        表2 水輪機(jī)參數(shù)表

        表3 發(fā)電機(jī)參數(shù)表

        3.2 基礎(chǔ)設(shè)施改造

        本次龍洞口水電站增效改造工程土建部分涉及攔水堰壩、水輪機(jī)基礎(chǔ)、發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)、電站廠房維修、變壓器基礎(chǔ)加固、變壓器圍墻等。

        3.2.1 引水隧洞和輸水隧洞流量復(fù)核

        電站引水隧洞長度1070 m,進(jìn)口高程339.1 m,出口高程338.0 m,隧洞縱坡0.001,寬2.0 m,高1.8 m,采用城門洞型,局部有襯砌,輸水隧洞正常運(yùn)行時引用跡溪徑流量0.25 m3/s,洪水期時進(jìn)口閘門關(guān)閉不引水,泄上溪自身洪水發(fā)電也用不完。

        電站輸水隧洞總長度550 m,分為平洞段和斜洞段,進(jìn)口高程331.5 m,出口高程263 m,隧洞縱坡0.125,寬2.0 m,高2.0 m,采用城門洞型,局部有襯砌,襯砌斷面最小為1.5 m寬,高1.75 m。隧洞進(jìn)口閘門為直徑1.0 m的圓型閘門,輸水隧洞正常運(yùn)行過流能力1.5 m3/s~4.0 m3/s,電站改造前設(shè)計流量1.91 m3/s,改造后設(shè)計流量2.25 m3/s,隧洞過流能力完全滿足要求。隧洞目前運(yùn)行良好,不需要進(jìn)行維修加固。

        3.2.2 攔水堰壩

        電站上游攔水堰壩原河床底部高程320.0 m,原設(shè)計堰頂高程339.5 m,堰寬36 m,設(shè)計調(diào)節(jié)庫容4.5萬m3,右岸設(shè)排砂孔直徑2孔×2 m,作為河道灌溉和生態(tài)用水閘門,由于政策處理問題,堰頂高程只修建到336.0 m,堰頂寬度1 m左右,本次為了安全考慮對堰壩進(jìn)行加固,采用C25砼灌砌石進(jìn)行拼寬到5 m,堰頂高程不變。

        3.2.3 廠房建筑物、升壓站建筑物

        電站廠房地面式,墻體為磚混結(jié)構(gòu),電站廠房高為6.3 m,屋頂采用鋼筋砼現(xiàn)澆板,發(fā)電機(jī)層平面尺寸分別為16.7 m×7.2 m,地面高程為258.8 m?,F(xiàn)拆除廠房內(nèi)機(jī)組設(shè)備基礎(chǔ),按新機(jī)組設(shè)備尺寸重建基礎(chǔ),廠房尺寸滿足要求,保持不動?,F(xiàn)有升壓站不能夠滿足要求,需改建,需更換變壓器兩臺。

        3.3 生態(tài)小水電設(shè)施改造

        3.3.1 生態(tài)流量

        泄上溪攔水堰壩與廠址區(qū)間為1.04 km脫水段,區(qū)間匯水面積0.37 km2,落差較大有83 m,區(qū)間無較大支流匯入。

        根據(jù)水利部《農(nóng)村水電生態(tài)水電改造河流生態(tài)修復(fù)指導(dǎo)意見》,根據(jù)龍洞口電站所在流域附近的水文資料計算多年平均流量為0.715 m3/s,該項(xiàng)目生態(tài)流量計算采用Tennant法計算為0.1 m3/s[5]。

        3.3.2 生態(tài)泄放方案

        泄上溪攔水堰壩右岸,建有放水和排沙閘門,共計2孔×2 m,閘門板高3.0 m,閘門設(shè)有啟閉機(jī)房,該閘門可兼做生態(tài)流量泄放措施,不再新增放水設(shè)施。放水量可滿足生態(tài)流量要求。

        跡溪攔水堰壩右岸,建有排沙閘,共計1孔×1 m,閘門板高2.0 m,閘門設(shè)有啟閉機(jī)房,該閘門可兼做生態(tài)流量泄放措施,不再新增放水設(shè)施。放水量完全可以滿足生態(tài)流量要求。

        為了保證兩條河道脫水段的生態(tài)修復(fù),正常運(yùn)行發(fā)電時,兩座閘門均應(yīng)開啟0.1 m高度進(jìn)行放水,底部澆筑0.1 m高齒墻,不得緊閉,并安裝生態(tài)流量監(jiān)測設(shè)施。

        4 結(jié)語

        通過龍洞口水電站增效擴(kuò)容生態(tài)改造工程方案實(shí)例的研究,從資料收集、現(xiàn)場調(diào)查到水文資料分析、水資源水能計算最后與廠家進(jìn)行機(jī)械設(shè)備選型來對電站增效擴(kuò)容。同時通過生態(tài)流量計算和現(xiàn)場條件分析,合理選擇生態(tài)泄放措施,并增加監(jiān)測設(shè)施以恢復(fù)下游河道生態(tài)環(huán)境,一舉多得。對小水電增效擴(kuò)容和生態(tài)建設(shè)有著重要的參考意義。

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