Naltar水电站底栏栅坝设计

2010-03-17谭立清

黑龙江水利科技 2010年1期

刘锐，罗毅，谭立清

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳110006)

巴基斯坦北部地区有着丰富的矿产资源，由于电力供应紧张，缺电严重地制约着当地的工、农业经济发展，影响着当地城镇居民的日常生活，解决电力供应紧张局面尤为重要。Naltar河水利资源丰富，有较好的梯级建设水电站的条件，合理利用水利资源，兴建Naltar水电站工程，对促进巴基斯坦北部地区的经济发展，提高人民生活水平有着重要作用。

1 设置底拦栅坝的原因

Naltar水电站工程区属高山峡谷区，沟壑丛生。河谷内第四纪地层发育，两岸山坡均为第四纪坡积物、冰磧物，属构造剥蚀地形。降雨时，大量的漂石、块石汇集到河床中。根据以往在多沙河流取水的经验，对山溪性河流来沙有粗有细的特点，如果将所有有害粒径以上的泥沙集中在渠首一次性处理，难度很大，费用也会很高。如果采取分步处理的方法，先处理大粒径泥沙，允许小颗粒的泥沙进入渠道，然后再用适当方法分别处理，便可将难点分散，处理费用也可以降低。砾、卵石以上的泥沙，在任何水流条件下总是以推移状态运动前进，所以一般总可以在闸前河床内加以处理。将其沉积在沉沙冲沙槽内，通过排沙闸、冲沙槽将其排到下游。

假设本工程不采用底拦栅坝取水而采用其他方式的取水形式，由于距坝址上游200～300 m有大量的坡积物，为大部分砾石来源，建坝后由于水利条件的改变，该坡积物区域趋于稳定需要很长一段时间，如果采用其他的取水形式，在汛期，大量的细砾将随水流进入沉沙池，对引水渠和沉沙池的运行产生很大的影响。汛期后，水流携带的泥砂将把坝前全部淤死，这样的取水口就形同虚设，经过1～2个汛期，取水口就失去了原有的工程效益。而采用底拦栅坝，正好能解决这一问题。

2 取水口的设计

取水枢纽由底栏栅坝(溢流坝)和进水闸等组成，因山溪性河流挟带泥沙较多，采用底栏栅型式取水，以控制粒径大于栅条间隙的砂石和漂浮物进入引水渠道，保证沉沙池发电用水的质量。

底栏栅坝坝高5.00 m，堰高1.46 m，基础埋深3.54 m，净宽为16.00 m;为降低洪水位和减少单宽流量，采用全坝段溢流。溢流坝由中间14.1 m长栏栅段和左坝段1.41 m混凝土溢流坝段组成。底栏栅取水廊道进口宽3.0 m，栅条斜坡为1∶4，下游面为圆弧段，汛期时，把多余的水和漂、块石排向下游，底栏栅坝剖面见图1。

图1 底栏栅坝剖面图

从坝的右岸到左岸，随着取水廊道取水的增加，水越积越多，所以从右到左，取水廊道宽3.0 m。并且取水廊道采用0.1的坡度，这样有利于冲沙要求，经过计算，取水廊道的过流能力8.36 m3/s，完全满足冲沙要求。底拦栅坝，这种新型的结构型式，完全满足运行的要求。

3 底栏栅的水利计算

本工程底栏栅取水能力有2种情况:

3.1 当有水流入下游时，底拦栅计算公式:

式中，μ为孔口流量系数;L为栏栅长度，m;b为栏栅水平投影宽度，m;P为栏栅间隙系数;t为栅条宽度，mm;s为栅条间隙宽为栅栏顶部的平均水深，m，h=(h1+h2)/2，h1/ h2分别为栏栅上下游边缘水深，m。

式中，hk1、2为栏栅上下游边缘临界水深，m;Q1、2为栏栅上下游水深，m;q1、2为栏栅上下游边缘上的单宽流量。

计算底拦栅的取水能力，见表1。

表1 有水流入下不游底拦栅取水能力计算表

3.2 当所有的水流进入底拦栅时，底拦栅的过流能力计算

计算底拦栅的取水能力，见表2。

表2 全部水流入底栏栅时取水能力计算表

3.3 拦污栅水力损失hs计算

栅条间距l=30 mm;栅条高度h=100 mm;栅条厚度δ= 8 mm;孔口断面s=1.1 m×2.2 m。

进水角α=90°时β=2.34

经计算拦污栅水力损失hs=0.017 m

坝顶、取水廊道和进水闸均采用C20混凝土浇筑，坝前采用土工薄膜防渗，铺设宽度为10 m。坝体的下游采用大块石覆盖，长度为10 m，防止因水流冲刷下游河床而危及大坝安全。

4 本工程的借鉴意义

本工程由于洪水时漂石、块石较多，1～2场较大的洪水就能把坝前淤满，泥沙处理相当困难。经过多方比较，最后确定采取的引水渠首为底拦栅式渠首，在溢流坝前泥沙把坝前全部淤满后，泥沙经过溢流坝顶时，大于栅隙粒径的泥沙随水流排向下游，小于栅隙粒径泥沙随水流进入廊道，经进水闸进入干渠。在渠道以后再进行二级、三级泥沙处理。在我国广大的山区，水力资源丰富，但是由于是在山区河流，暴雨过后，河床急涨急落，加之有的地区水土流失严重，洪水中夹带有大量的漂浮物和砾、卵石及以上的物质，要在这些地区利用这些水力资源，如果采用建坝后分层取水的型式，那就得每行一次洪，就得冲沙一次，这样将会花费大量的人力物力，建坝也就失去了它的本来意义。