煙崗水電站進水口引水防沙方案選擇

楊均芳

( 貴州省水利投資有限責任公司 黔中水利樞紐工程公司水源建管部，貴州 六盤水553000)

1 工程概況

煙崗水電站工程地理位置在涼山州木里縣，為二級水電站。本工程將要開發水電站，并且發展生態用水。該電站的開發方式是引水開發，每天調節水位，當水庫屬于正常蓄水時，水位為3 136.5 m，總庫容140 萬m3，引水開發的發電流量為23.6 m3/s，設計水頭615 m，裝機容量120 MW。為Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3 級，地震基本烈度為Ⅶ度。本工程由低閘引水樞紐、引水隧洞、壓力埋管、電站廠房及尾水渠等主要建筑物組成。

電站進水口側向布置在河床左岸，即沖沙閘上游左側，進水口軸線與沖沙閘順水流方向軸線夾角70°，形成“側向引水，正向沖沙”的布置形式。

2 泥 沙

因為一些小的支溝爆發泥石流和最近幾年受淘金的影響，煙崗河段的含沙量逐年增大，這幾年的平均含沙量是0.312 kg/m3，平均懸移質的輸送沙量是12.7 萬t，鴨嘴河中懸移質顆粒的級配成果見表1。含有懸移質的礦物中，莫氏硬度在5 左右的硬礦物有很多種，懸移質的各種粒徑級中硬礦物的分組含量見表2。多年平均推移質輸沙量3.9 萬t/a。

表1 鴨嘴河懸移質顆粒級配表

表2 懸移質硬礦物分組含量表

3 引水防沙方案選擇

本電站水頭高，為解決防沙排沙和泥沙調度問題，防止推移質及懸移質進入取水口，減少過機含沙量和過機粗沙對水輪機的磨損，所以需要合理地在進水口引水結構采取防沙措施以確保機組安全運行，確保過機沙量在允許范圍內( 尤其是粗粒徑的泥沙d ＞0.1 mm) 尤為重要。經類比已建成工程擬定了引水防沙方案: “以庫代池”方案和沉沙池方案進行比較，擇優選擇。［1］

3.1 “以庫代池”方案

頭部樞紐“用庫代池”的方案中，需要在主河道部安排3 孔用泄洪閘，1 孔用沖沙閘，用擋水壩段連接左右岸與閘體，沖沙閘以及泄洪閘底板高程均為3 121.0 m。［2］

進水口順河側向布置于河道左岸，進水口與攔河閘兩軸線成70°交角，形成“側向引水，正向沖沙”的布置形式。另外，還在前進水口前沿設置一道攔沙坎，在沖沙閘和1#泄洪閘之間設置一道束水墻，利用坎、墻之間的狹道，形成沖沙槽束水攻沙，把攔截在底坎前的泥沙由河床沖沙閘排向下游。

為使大量泥沙不進入進水口，參考國內已建類似工程經驗，將進水口底板高程定為3 126.00 m，比沖沙閘底板高5.0 m( 表3) ，起到攔粗沙作用。在沖沙閘上游設置束水墻，束水墻順水流方向長30.0 m，將沖沙閘與泄洪閘上游水流分開，并與進水口之間形成一沖刷槽束水沖沙，使沖沙閘前水流加速，提高沖沙能力，改善沖沙效果，將進水口前泥沙排向下游使進水口前達到門前清的目的。同時樞紐設置較寬的泄洪閘，以排泄河道淤積的泥沙。［3］

表3 國內一些已建類似工程引水防沙進水口特性表

3.2 沉沙池方案

煙崗閘址處河谷狹窄，兩岸邊坡由陡岸及陡坡組成。設計沉沙池以及安裝開關設備，要求洞穴中的室內凈尺寸為20m×22.5m ～26m( 寬×高) ，洞穴地理位置位于弱風化～微風化的千枚巖中，周圍的巖石是不穩定的Ⅳ類巖石，其中開挖洞徑最大達到24.5m×29m，但開挖洞徑大的地方地質條件較差。頭部用以樞紐的沉沙池方案和“以庫代池”方案布置格局相同，河床左岸布置的進水口。

但是有所不同的地方在河床的左岸安排在接地沉沙池之中，它在進水口的后面，進水口中底板的高度是3 124.00 m。進水口包括兩個孔，每個孔都設計有兩道的柵欄，用來攔截污物，孔口的大小都是3.0 m×8.5 m( 寬× 高) ，進水閘的閘孔大小都是3.0 m×4.0 m( 寬×高) 。

3.3 “以庫代池”和沉沙池方案比選

“以庫代池”和沉沙池方案主要從方案的合理性、泥沙沉降率、工程量和投資等方面進行綜合比較選擇。

1) “以庫代池”的合理性。“以庫代池”是利用水庫沉沙的方法，采用泥沙調度方法，以減少引水含沙量，以確保過機沙量在允許范圍內，原理是在建閘蓄水后，降低閘前水的流速，淤積泥沙。之后再沖刷淤泥，空出水庫容量，用來重新淤積泥沙，這樣交替著，就能長期保持庫容的循環。

2) 泥沙沉降率。通過泥沙分析計算，沉沙池沉降0.1 mm泥沙的沉降率為84%，“以庫代池”方案水庫沉降0.1 mm泥沙的泥沙平均沉降率＞85%，二者相比水庫沉沙效果更好。

3) 工程量和投資。“以庫代池”方案頭部樞紐的直接費用需要3 762.46萬元，沉沙池方案頭部樞紐的直接費用需要6 102.73萬元，“以庫代池”的方案比沉沙池的方案費用要少2 340.27萬元，明顯看出以庫代池的方案較優。

根據四川省已經建設的工程，例如姚河壩水電站、太平驛水電站等的成功經驗來看，利用“以庫代池”的運行方式替換沉沙池方案也是可行的。

4 模型試驗

為了進一步驗證“以庫代池”方案的合理性，又進行了泥沙數模分析和模型試驗研究。

4.1 泥沙數模計算分析

泥沙沖淤計算結果表明: 水庫運行6 a后，庫區泥沙沖淤基本達到平衡，入庫懸移質泥沙的出庫率＞90%。為使電站取水口盡量不進推移質泥沙并且使閘前維持一定水深以沉降懸移質粗沙，除需要避峰運行約2 d/a外，汛期還需要不定期地敞閘泄洪沖沙2 次/a，每次沖沙需要歷時8 h，可基本保證取水口前沿的泥沙淤積高程低于取水口攔沙坎高程。粒徑＞0.10 mm泥沙的沉降概率＞85%，過機泥沙大多數是粒徑＜0.1 mm的懸移質泥沙，可以降低過機粗沙進入水輪機時對其的磨損危害。

4.2 泥沙模型試驗

根據水電站沉沙池的設置條件和泥沙沉降設計標準中規定，煙崗水電站的額定水頭是601 m，根據規范來看最小沉降粒徑的尺寸是0.1 mm。多年平均過機含沙量要＜0.08 ～0.12 kg/ m3，過機多年平均尺寸d ＞0.1 mm的粗粒徑泥沙含沙量要＜0.01 ～0.02 kg/ m3。試驗及分析結果表明，煙崗水電站過機含沙量完全滿足規范的要求。“以庫代池”方案完全能夠通過水庫的泥沙調度滿足電站引水的要求，“以庫代池”方案是可行的。

5 結 論

綜合以上比較，設置沉沙池和“以庫代池”均能夠滿足頭部樞紐沉沙以及引水發電的要求，但是根據施工地區地質地形條件還有施工難度、泥沙沉降率、工程量和投資等方面綜合比較，“以庫代池”方案明顯優于沉沙池方案，因此煙崗電站引水防沙方案采用“以庫代池”方案是經濟合理的。

［1］黃波.“以庫代池”方案對柳洪電站運行的影響［J］. 四川水利發電，2011，30 ( 6) : 101 －102，123.

［2］劉凡成. 南椏河一級電站“以庫代池”方案評述［J］. 水電工程研究，1998(01) :1 －7，35.

［3］張宗孝. 煙崗電站首部樞紐水工泥沙模型試驗報告［R］. 西安: 西安理工大學水力學研究所，2007.