淺水河道取水工程中底流槽的應(yīng)用研究

谷秋成 蔣波

【摘?要】水在火力發(fā)電生產(chǎn)過程中，主要擔(dān)負(fù)著工作介質(zhì)和冷卻介質(zhì)的作用，供水可靠性關(guān)系到火電廠安全與可靠運(yùn)行。受選址綜合因素影響，電廠取水條件不夠理想，需要采取相應(yīng)輔助措施進(jìn)行彌補(bǔ)。本文介紹了華電（印尼）玻雅項(xiàng)目在淺水河道采用底流槽取水的可行性研究，對同類項(xiàng)目取水方案選取具有一定的借鑒和參考作用。

【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠;淺水河道;底流槽;應(yīng)用研究

1 引?言

華電（印尼）玻雅2×660MW坑口電站工程（以下簡稱“玻雅工程”）位于印度尼西亞南蘇門答臘省，是中國華電集團(tuán)實(shí)施國家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)工程，一期新建2×660MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，距離供煤礦區(qū)約1.6公里，是印尼在建的最大坑口電站。受電站坑口煤礦地理位置影響，工程補(bǔ)充水取自廠址以西1.3公里的Enim河地表水。

Enim河屬于熱帶降雨式含固徑流河，廠址附近的最佳取水點(diǎn)位于“C”字型河段的凹岸側(cè)（如下圖所示）。取水河段水淺較急，洪水期水位暴漲暴落，流量和泥沙含量變化較大，河岸地質(zhì)條件不牢固，諸多不利因素給電廠取水可靠性帶來了挑戰(zhàn)。為保障工程的取水安全，項(xiàng)目組織對水資源和不同取水方案進(jìn)行了比較論證，最終確定采用明渠引水+開敞式取水的方案。

2 縱向底流槽方案的提出

Enim河取水河段屬于卵石河床和石質(zhì)河床相間分布，河床為粗粒徑亂石、卵石、沙礫和泥組成的較厚覆蓋層，局部深槽區(qū)域分布著淤泥和細(xì)顆粒泥沙，厚度約20cm～30cm。取水口累計(jì)頻率97%和99%的設(shè)計(jì)枯水流量分別為1.91m3/s和1.89m3/s，累積頻率97%和99%的設(shè)計(jì)枯水最大水深僅0.61m和0.60m，不能達(dá)到取水深度的設(shè)計(jì)要求。需要在取水口采取技術(shù)措施降底河床，清理沉沙，滿足電廠的取水需求。

根據(jù)現(xiàn)場地理?xiàng)l件和收集的水沙特性資料，該河段符合《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》中采用縱向底流槽引水的一般要求。在取水口設(shè)置縱向底流槽，一方面可解決枯水期取水口水深不足問題，提高取水保證率;另一方面通過設(shè)置適合河道特性和取水流量的縱向底流槽，利用水流的自然沖刷帶走槽內(nèi)淤積的泥沙，可減少人工清淤頻次，確保取水安全。設(shè)置縱向底流槽具有工程量小、對河道及環(huán)境影響小的優(yōu)點(diǎn)。

合適的縱向底流槽布置型式和規(guī)模等需要通過泥沙物理模型試驗(yàn)確定，為取水工程的防沙設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，保障工程取水安全，項(xiàng)目委托中國水利水電科學(xué)研究院開展了取水口泥沙淤積物理模型試驗(yàn)研究。

3 底流槽物理模型設(shè)計(jì)與制作

課題組分析收集的取水河段水文泥沙、水位流量以及沖淤演變等資料，結(jié)合取水河段的河道地形特性，確定模型范圍為取水口上下游各500m河段，采用幾何比尺為1：36的正態(tài)模型。

為準(zhǔn)確的模擬現(xiàn)場情景，試驗(yàn)按照玻雅取水河段實(shí)測1：500地形塑造建設(shè)模型地形，并配備了先進(jìn)的測控儀器設(shè)備和完善的自動測控系統(tǒng)，主要包括自動供水控制系統(tǒng)、電動尾門控制系統(tǒng)、自動水位測量系統(tǒng)、自動流速測量系統(tǒng)、自動地形測量系統(tǒng)、流場測量系統(tǒng)和推移質(zhì)加沙設(shè)備等。

合理選用模型沙是模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，本次研究對象以卵石推移質(zhì)為主，且粒徑范圍在1cm～30cm，因此選取了九江的天然河沙，經(jīng)精細(xì)加工分組篩選得到，試驗(yàn)中將分組模型沙按照原型沙依模型比尺縮放后的比例進(jìn)行配比，以滿足模型沙與原型沙相似的要求。

試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)水位、流速分布和沖淤試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果基本吻合，滿足水流阻力、水流運(yùn)動和泥沙沖淤相似要求，可較好的模擬驗(yàn)證取水河段運(yùn)行狀況。

4 底流槽方案驗(yàn)證與優(yōu)化

為進(jìn)一步了解取水河段的水沙運(yùn)動規(guī)律，掌握取水工程建設(shè)前后取水河段水沙及沖淤變化特性，課題組進(jìn)行了工程修建前后模型對比試驗(yàn)，并通過試驗(yàn)研究給出了縱向底流槽的優(yōu)化推薦方案。

4.1底流槽取水可行性驗(yàn)證

本次模型試驗(yàn)的主要任務(wù)是研究取水口前設(shè)置縱向底流槽的可行性，并在初步設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上優(yōu)化縱向底流槽的形態(tài)，以盡量減少進(jìn)入縱向底流槽的推移質(zhì)泥沙，因此，取水河段的推移質(zhì)輸沙規(guī)律是試驗(yàn)的重點(diǎn)。

經(jīng)試驗(yàn)表明，取水河段在260m3/s（兩年一遇洪水）以下時(shí)，隨著流量的增加推移質(zhì)輸沙能力增強(qiáng)，輸沙帶沿河道主槽走向，與主流基本一致，略偏向河道右岸;流量大于260m3/s后因?yàn)樗髟谧蟀堵埔瀑|(zhì)輸沙能力變化不大。通過對260m3/s和 405m3/s（五年一遇洪水）兩組工況下的推移質(zhì)輸沙帶試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：隨著流量增加，輸沙帶會稍向左岸方向發(fā)展，且略有變寬現(xiàn)象。擬建取水口前的輸沙帶分布位置看，兩種工況下的輸沙帶離取水口口門均還有一定距離，貼岸布置縱向底流槽，基本可以避開主要輸沙帶。

課題組還分別從沿程水位變化、斷面流速分布、取水河段表面流場等角度進(jìn)行了工程修建前符合性驗(yàn)證，試驗(yàn)證明建縱向底流槽具備可行性。

4.2 底流槽方案優(yōu)化與驗(yàn)證

原設(shè)計(jì)縱向底流槽長150m、底寬10m、挖深2.0m，貼岸走向。通過模型對該方案試驗(yàn)表明，初步設(shè)計(jì)的底流槽內(nèi)泥沙淤積比較明顯，人工清淤工作量大，難以滿足安全取水要求。對此，水科院對原縱向底流槽從三個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化：一是底流槽入口處保持10m寬度不變，寬度自上而下逐漸縮窄，至出口處縮至5.4m;二是底流槽進(jìn)口正對河道深槽，增加底流槽進(jìn)水量的同時(shí)減少推移質(zhì)進(jìn)沙量;三是將底流槽靠主流側(cè)（左側(cè)）邊墻標(biāo)高增高至59.0m，以減少側(cè)向進(jìn)入底流槽的推移質(zhì)泥沙。

經(jīng)模型驗(yàn)證，優(yōu)化后的底流槽在水位和流場方面無明顯變化，能滿足項(xiàng)目取水需求。試驗(yàn)重點(diǎn)對底流槽內(nèi)淤積分布進(jìn)行驗(yàn)證，從前期試驗(yàn)看，45.44m3/s的常規(guī)流量下縱向底流槽內(nèi)基本不會產(chǎn)生泥沙淤積，比較試驗(yàn)主要考慮104.61m3/s（雨季常遇流量）、260m3/s（兩年一遇洪水）和600m3/s（二十年一遇洪水）三個(gè)流量級，輸沙試驗(yàn)以24h為一個(gè)周期，從工程安全的角度，模型輸沙試驗(yàn)均采用最不利工況的飽和加沙。

輸沙試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的底流槽在上游來流量104.61m3/s和 260m3/s時(shí)均能保證取水口附近沒有明顯的泥沙淤積，僅在底流槽進(jìn)口段和左側(cè)底部會產(chǎn)生部分泥沙淤積，一般不會影響取水口的正常取水;在上游來流量 600m3/s時(shí)底流槽內(nèi)有一定量的泥沙淤積，可能會影響取水安全，需加強(qiáng)監(jiān)測并及時(shí)處理。同時(shí)，底流槽沖沙試驗(yàn)結(jié)果還表明，在底流槽內(nèi)產(chǎn)生較多泥沙淤積時(shí)，只要水流條件合適（如流量在100m3/s～300m3/s之間時(shí)），一般在 24～36h內(nèi)即可將底流槽內(nèi)大部分淤積泥沙沖刷出去，可保證取水安全。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于優(yōu)化方案的底流槽進(jìn)口正對河道的主輸沙帶，在流量104.61m3/s和260m3/s的情況下，底流槽進(jìn)口段有較多的泥沙淤積，為防止極端條件下泥沙淤堵底流槽入口，進(jìn)而影響枯水期的取水保證率，課題組建議汛前和汛末及時(shí)檢查和清理底流槽進(jìn)口段。

5 結(jié)論

研究證明，玻雅工程Enim河取水口建設(shè)縱向底流槽，能有效解決取水深度和取水流量不足問題，同時(shí)，通過優(yōu)化底流槽設(shè)計(jì)，選擇合適的規(guī)模和布置型式，可有效防止類似推移質(zhì)淤積為主的河道取水口淤堵，保證工程取水安全。

致?謝

本工程前期技術(shù)論證，得到中國水利水電科學(xué)研究院、交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院、山東電力工程咨詢院有限公司等單位的大力支持，在此，一并表示深深的感謝！

參考文獻(xiàn)：

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[4]《華電（印尼）玻雅2×660MW坑口電站工程水資源論證報(bào)告》，交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院?年2月。

[5]《華電（印尼）玻雅 2×660MW 坑口電站工程巖土工程勘測報(bào)告》（取水口地段），山東電力工程咨詢院有限公司，年6月。

作者簡介：

谷秋成?碩士?畢業(yè)于華北電力大學(xué)?高級工程師?現(xiàn)任職中國華電香港有限公司（印尼）玻雅EPC項(xiàng)目部項(xiàng)目經(jīng)理。

蔣?波?學(xué)士?畢業(yè)于長沙電力學(xué)院，高級工程師，現(xiàn)任職中國華電香港有限公司（印尼）玻雅EPC項(xiàng)目部化水專業(yè)主管。

（作者單位：華電（印尼）玻雅電站EPC項(xiàng)目部）