岸邊式電站廠房復雜尾水渠水力學計算

廖騰耀

(新疆水利水電勘測設計研究院,烏魯木齊 830000)

文章編號：1006—2610(2015)03—0039—03

岸邊式電站廠房復雜尾水渠水力學計算

廖騰耀

(新疆水利水電勘測設計研究院,烏魯木齊 830000)

水電站岸邊式廠房尾水渠的布置應根據地形地質、河道流向、泄洪影響、泥沙淤積等情況分析確定；對尾水渠各斷面形式進行水力學計算，筆者對某水電站岸邊式廠房尾水渠水力學進行計算，以保證尾水水流平順、不出現雍水、流態平穩、能量損失小。

岸邊式電站；尾水渠;水力學；計算

1 方案論述及工程布置

某水電站裝機容量為150 MW，工程主要由攔河引水閘、輸水渠道、壓力前池、壓力管道、電站廠房、尾水渠等組成，屬Ⅲ等中型工程，發電廠房及尾水渠道為3級建筑物。發電廠房設計洪水標準P=1%(100年一遇)，洪峰流量為1 556.4 m3/s；校核洪水標準P=0.5%(200年一遇)，洪峰流量為1 781.9 m3/s。電站加權平均水頭195.49 m，裝機利用小時數4 221 h，多年平均年發電量6.33億kWh。

本工程為引水式電站，選擇在某峽谷尾端出山口處新建引水樞紐引水，輸水渠道基本沿等高線在山前沖積扇中上部布置至電站前池，全長27.826 km；壓力前池布置于山前沖積扇——平臺山，距離河道岸邊約1.6 km；前池后壓力管道沿沖積扇垂直等高線布置，泄水槽布置在壓力鋼管的左側，末端接入尾水渠中。發電壓力管線長1 688 m，采用2管5機供水，發電廠房為岸邊式廠房，布置在凹岸河段左側陡坎的下緣河漫灘上，電站尾水通過長約656.5 m尾水明渠順接入天然河道，電站最大引用流量96.4 m3/s，天然河道生態基流為12.2 m3/s。

尾水建筑物由尾水閘墩、尾水反坡、尾水渠組成。尾水閘墩長66.85 m，寬14 m，尾水閘墩后接尾水反坡段。尾水反坡由平直段及斜坡段組成。其中平直段長4.5 m，寬57.203 m，高程為2 098.747 m，后接斜坡段；斜坡段坡度1∶4、長61.372 m，寬57.203 m，斜坡段末端高程為2 114.09 m，后接尾水渠。尾水渠總長656.5 m，尾水渠依次由矩形尾水明渠、漸變段、尾水涵、漸變段、梯形尾水明渠組成。其中矩形尾水渠長56.095 m，寬57.203 m，縱坡為0，后接漸變段；漸變段長96 m，底寬由57.203 m漸變至15.8 m，縱坡為1/2 000，漸變后接尾水涵；尾水涵長60 m，為雙孔城門洞形斷面、單孔底寬7.5 m、高5.7 m，縱坡為1/2 000，后接漸變段；漸變段長30 m，底寬由15.8 m漸變至10 m，縱坡為1/2 000，漸變段后接梯形尾水渠；尾水渠長414.424 m，底寬10 m，邊坡1∶2，縱坡1/2 000，渠道末端高程為2 113.79 m。尾水經梯形尾水渠順接河床，并對尾水渠出口部分灘地進行開挖整治。

2 尾水渠水力學計算

因尾水渠順接天然河道，尾水渠各流量下水位受尾水出口處天然河道水位的影響，故應根據尾水渠出口處天然河道水位流量關系(見表1)確定各流量對應的尾水渠末端水位，并按明渠恒定漸變流水面曲線推算尾水渠起點水位。明渠恒定漸變流水面曲線計算，根椐各渠段的正常水深h0、臨界水深hk及當前水深h三者之間的關系，判斷水面曲線類型，試算水位的范圍，然后采用二分法計算各渠段末之水深，計算過程如下所示。

尾水渠斷面單位能量沿程變化的微分方程為：

其差分格式為：

即

E2=E1+(i-Jf)·Δs

其中：h1為已知，h2為欲求之水深。

為此，將差分方程改為下列函數表達式：

E(h2)=(E1-E2)+(i-Jf)·Δs

為求h2，設試算水深h下限與h上限，用二分法求解：

F(h上限)=E1-E(h上限)+(i-Jf1～上限)·Δs=D

F(h2)=E1-E(h2)+(i-Jf1～2)·Δs=G

若D、G同號，令h上限= h2,D=G;

若D、G異號，令h上限= h下限,h上限= h2,D=G;

表1 尾水渠出口處水位流量關系表

表2 尾水渠水位流量關系表

3 結 語

因本水電站尾水渠順接的天然河道河床較寬，當尾水渠內流量在20～96.4m3/s時，對應尾水渠臨界水深高于尾水渠出口對應的天然河道水深，此時尾水渠末端水深采用尾水渠各流量對應的臨界水深。按明渠恒定漸變流水面曲線推算尾水渠起點水位，但尾水渠末端出現跌水現象，水跌高度7～64cm，損失水頭遠小于電站加權平均水頭195.49m，并在尾水渠出口末端做抗沖刷處理措施；當天然河道流量為設計洪水位(或校核洪水位)時，天然河道水深升高，天然河道水深大于尾水渠最大流量(96.4m3/s)對應的臨界水深，此時尾水渠末端水深采用天然河道水深進行推算。經計算，尾水渠各斷面形式滿足尾水水流平順、流態平穩、能量損失小等要求，所得正常尾水位為2 116.98m，設計洪水尾水位為2 117.39m，校核洪水尾水位2 117.47m，由此可確定水電站廠房廠區平臺高程為2 118.0m，并滿足SL266-2014《水電站廠房設計規范》中廠房下游擋水部位頂部安全加高的下限值。

[1] 李煒.水力學計算手冊[M].2版.北京：中國水利水電出版社，2006.

[2] 孫萬林,秦國民,杜志水,李躍濤. 青銅峽水電站尾水渠淤積特點分析[J].西北水電，2014，(06)：62-66.

[3] 鈕新強，汪基偉，章定國.水工設計手冊[M].2版.北京：中國水利水電出版社，2010.

Hydraulic Calculation of Complicated Tailrace Canal of Riverside Plant Powerhouse

LIAO Teng-hui

(Xinjiang Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Urumqi 830000,China)

The tailrace canal of the powerhouse of the riverside power station shall be arranged in accordance with actual geological and topographic conditions, riverway flow direction, flood discharge impact and sedimentation, etc. The hydraulic calculations on various sections of the tailrace canal are performed to assure the smooth and stable tailrace flow, free from level rising, stable flow regime and minimum energy loss.

riverside power station; tailrace canal; hydraulics; calculation

2015-02-28

廖騰耀(1987- ),男,新疆烏魯木齊市人,助理工程師,主要從事水利水電工程設計工作.

TV731.1;TV131.4

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.011