青龍水電站廠房尾水渠布置研究

鄧興富

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都610072)

1 概述

近年來，水電工程中因上游河道施工棄渣或河床推移質(zhì)淤積廠房尾水渠而減少電站出力或影響廠房正常發(fā)電的事例時(shí)有發(fā)生。由于青龍水電站廠址階地較狹窄，廠房尾水閘室已接近河床，尾水渠將侵占部分天然河道，束窄了白水江河道行洪斷面，加大了河道水流流速，水流對(duì)右岸河岸沖刷較為嚴(yán)重，將影響右岸永久公路及居民住房安全;且尾水出口位于左岸凸岸的末端，尾水渠淤積問題較為突出。因此，結(jié)合尾水渠水力學(xué)模型試驗(yàn)，研究尾水建筑物布置方案，對(duì)確保該電站廠區(qū)建筑物及右岸永久公路的安全和正常運(yùn)行具有重要意義，可供類似水電工程尾水渠布置參考。

青龍水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣境內(nèi)，采用低閘引水式開發(fā)，電站引用流量132.66 m3/s，利用落差約110 m，裝機(jī)容量102 MW。工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧下游生態(tài)環(huán)境及景觀用水。

根據(jù)《水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(DL252－2000)》，確定青龍水電站為三等中型工程。廠房及尾水渠等永久性主要水工建筑物級(jí)別為3級(jí)，建筑物的設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為50年(Q=460 m3/s，p=2%)，校核洪水重現(xiàn)期為200年(Q=547 m3/s，p=0.5%)。

廠址位于青龍橋上游白水江左岸的Ⅰ級(jí)階地上，階地順河長(zhǎng)110 m，寬30～50 m，地面高程為1 171 m。該河段呈弧形凸向右岸，流向由S60°E轉(zhuǎn)為N70°E，河谷呈不對(duì)稱“U”型谷，枯水期河水面高程1 166.7 m，水面寬18～28 m。階地面高于汛期河水面僅約2 m。

主廠房縱軸線方向?yàn)镹85°E。安裝間、主機(jī)間、主變室、GIS樓呈“一”字形排列。廠內(nèi)安裝三臺(tái)單機(jī)容量34 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組安裝高程為1 164.5 m。尾水渠布置在主機(jī)間正前方與白水江相接，尾水平臺(tái)位于主廠房下游，平臺(tái)高程為1 174 m。

2 尾水渠布置方案比選

為因地制宜的合理布置尾水建筑物，避免尾水渠內(nèi)泥沙淤積，減小尾水建筑物對(duì)河道行洪斷面的侵占，減緩河道沖刷，確保廠區(qū)建筑物及右岸永久公路的安全和正常運(yùn)行，擬定了兩個(gè)尾水渠布置方案進(jìn)行比較。方案①:尾水斜向出流;方案②:尾水側(cè)向出流。

方案①:尾水斜向出流。尾水渠全長(zhǎng)約30 m，渠寬32 m，尾水平臺(tái)高程為1 174 m，在尾水平臺(tái)上設(shè)有檢修閘門槽。尾水渠在尾水管出口高程1 155.87 m處以1∶3反坡升至1 166 m高程，將尾水排至白水江。在機(jī)組滿發(fā)(枯期)工況下，尾水出口水位高程1 168.65 m。具體布置見圖1。

方案②:尾水側(cè)向出流。尾水平臺(tái)高程為1 174 m，尾水平臺(tái)上設(shè)檢修閘門槽。尾水渠全長(zhǎng)78.9 m，其中前段為平坡，長(zhǎng)32.9 m，寬15 m;中段為反坡，坡度1∶3.9，長(zhǎng)36 m，寬度由15 m變?yōu)?5.4m，頂坡高程1 165.1 m;后段為平段護(hù)坦，長(zhǎng)10m，鋼筋石籠護(hù)底，高程為1 165.1 m，護(hù)坦下游40m出口區(qū)域清理至1 165.1 m高程。在機(jī)組滿發(fā)(枯期)工況下，尾水出口水位高程1 168.03 m。具體布置情況見圖2。

圖1 尾水渠布置(方案①)示意圖

圖2 尾水渠布置(方案②)示意圖

結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，方案①?gòu)S房尾水渠與天然河道接近正交且位于河道的凸岸，容易產(chǎn)生河床泥沙淤積，抬高尾水位，影響電站正常出力。當(dāng)電站在不發(fā)電或一臺(tái)機(jī)發(fā)電等工況下，尾水渠出口流速較低，容易出現(xiàn)河床泥沙倒灌入尾水渠、尾水管出口泥沙淤積等不利現(xiàn)象，影響電站正常運(yùn)行，且尾水水流正向沖刷河道對(duì)岸，右岸河岸沖刷較為嚴(yán)重。

方案②通過比尺為1∶25的尾水渠水力學(xué)正態(tài)模型試驗(yàn)驗(yàn)證，河道沖淤地形及水流流速分布見圖3。

模型試驗(yàn)中各級(jí)流量下尾水渠出口泥沙沖淤情況見表1。

圖3 河道沖淤地形及水流流速分布圖(Q=460 m3/s)

表1 尾水渠出口推移質(zhì)沖淤高程表

根據(jù)水力學(xué)模型試驗(yàn)成果可知:①在電站不發(fā)電情況下，尾水渠出口下游將淤積推移質(zhì)，河道流量越大、淤積越嚴(yán)重，但淤積僅出現(xiàn)在平段護(hù)坦區(qū)域，電站恢復(fù)發(fā)電后，尾水渠出口下游淤積的推移質(zhì)將被沖走。因此，在不利情況下的淤積問題可以通過電站發(fā)電解決。②當(dāng)電站發(fā)電時(shí)，各級(jí)流量廠區(qū)附近河道在左岸產(chǎn)生推移質(zhì)淤積，右岸產(chǎn)生沖刷，且隨著流量的增加淤積量增加，沖刷加深。但河道右岸采用擋墻進(jìn)行保護(hù)后，可確保村民房屋及永久公路的安全。③電站一臺(tái)機(jī)發(fā)電時(shí)，尾水出口下游右側(cè)有推移質(zhì)淤積，左側(cè)有一定寬度不淤積。但在三臺(tái)機(jī)發(fā)電后，尾水渠出口下游所淤積的推移質(zhì)將被沖走。④在三臺(tái)機(jī)發(fā)電將尾水渠出口下游淤積的推移質(zhì)沖走后，各級(jí)流量尾水渠內(nèi)的水位接近天然狀況水位，不影響電站的正常發(fā)電出力。⑤如果尾水渠出口下游產(chǎn)生淤積，可利用三臺(tái)機(jī)發(fā)電流量沖沙。沖沙效果最佳工況為河道流量較小且電站機(jī)組滿發(fā)工況(滿發(fā)流量為132.66 m3/s)(圖4)。

圖4 尾水模型沖沙效果圖

通過綜合比選，方案②樞紐布置順暢，電站尾水管出口可避免泥沙淤積，右岸河岸沖刷范圍和沖刷深度可控，且其較方案①多利用0.62 m水頭，可增加發(fā)電量，總體較優(yōu)。故推薦方案②做為尾水渠布置方式。

3 結(jié)語(yǔ)

青龍水電站已發(fā)電運(yùn)行近8個(gè)月并經(jīng)歷了一個(gè)汛期考驗(yàn)，目前電站運(yùn)行情況良好，尾水渠內(nèi)未出現(xiàn)泥沙淤積情況，機(jī)組出力能滿足設(shè)計(jì)要求，河道右岸護(hù)坡防護(hù)效果較佳，確保了右岸永久公路安全運(yùn)行和居民房屋的安全。

青龍水電站尾水渠布置格局對(duì)狹窄階地岸邊式地面廠房布置具有較好的參考價(jià)值。