沙坪二级水电站取消厂房冲沙孔的可行性研究

2011-04-01田建海付希文

东北水利水电 2011年7期

关键词：贯流式沙坪进水口

田建海，付希文

（1.中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州 310014；

2.吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春 130021）

1 工程概况

沙坪二级水电站位于四川省峨边彝族自治县境内的大渡河干流上，下接已建的龚嘴水电站。枢纽主要由河床式厂房、泄洪闸、鱼道等建筑物组成。河床式厂房布置在左岸台地上，厂内布置6台单机容量为58 MW灯泡贯流式机组，电站总装机容量348 MW。

坝址处天然情况下多年平均含沙量为0.854 kg/m3。考虑上游梯级瀑布沟、深溪沟等电站建成后的水库拦沙作用，坝址多年平均含沙量为0.207 kg/m3，多年平均悬移质输沙量为902万t，推移质年输沙量为1.0万t。

2 预可阶段厂房冲沙设计

为避免推移质、减少悬移质通过机组流道，降低泥沙对水轮发电机组造成磨蚀，在预可行性研究设计阶段，参考上游深溪沟水电站、枕头坝一级水电站及下游的龚嘴水电站排沙设计，沙坪二级水电站布置了3个冲沙孔。厂房结构采用两机一缝的方式布置，结合灯泡贯流式机组结构特点，冲沙孔布置两机之间的中墩内，冲沙孔断面尺寸为4.5 m×5.0 m（宽×高）。

3 问题的提出

随着可研阶段勘探设计工作的开展，揭示出厂房左岸进水口前缘边坡分布较大范围的崩坡积体。如设计取消冲沙孔布置，缩短厂房长度，可减小对崩坡积体坡脚的开挖扰动影响、降低边坡的开挖支护难度，对边坡稳定有利。取消冲沙孔同时也可减少厂房土建工程量，缩短电站施工工期，降低工程投资。

根据资料，在厂房布置冲沙孔的电站中，冲沙孔运行时有的电站存在振动问题。考虑到灯泡贯流式厂房空腔比大，自重相对较轻，较其它型式厂房灯泡贯流式厂房振动方面的问题需引起重视。如取消冲沙孔布置，可避免冲沙运行过程中可能引起厂房振动的相关问题，有利于GIS等设备安全运行。

考虑到上下游梯级深溪沟水电站、枕头坝水电站、龚嘴水电站均设置了厂房冲沙孔，沙坪二级水电站如取消厂房冲沙孔布置，须进行慎重的分析论证，以保证电站建成后能安全、可靠运行。

4 取消厂房冲沙孔的可行性

沙坪二级水电站计划于2015年投产发电时上游瀑布沟水电站、深溪沟水电站均已投产发电。考虑上游梯级电站建成后的泥沙拦蓄作用，坝址处多年平均含沙量降低为0.207 kg/m3，电站入库泥沙量将大幅度减少。

沙坪二级水电站枢纽主要由泄洪闸、河床式发电厂房组成，经枢纽布置格局比选，选择泄洪闸布置在主河道、发电厂房布置在左岸台地的枢纽布置格局。厂房进水口采用侧向进水方式引水，进水渠前缘基本未侵占天然主河道，进水口所选择的位置对厂房引水防沙有利。电站泄洪建筑物布置在原主河道，对电站泄洪排沙有利。泄洪闸底板比厂房进水渠拦沙坎顶低7.0 m，泄洪过程中，闸前淤积的推移质泥沙将沿主河槽排入下游河道，泥沙淤积不会对厂房进水口造成较大影响。另经水库泥沙淤积计算，淤积平衡后，坝前泥沙淤积高程低于厂房进水渠底板高程。

沙坪二级水电站水库库容较小，水库正常蓄水位为554.00 m。当入库流量大于3 000 m3/s时，库水位降至550.00 m运行。随着泄洪流量增大，下游水位逐渐抬高，电站发电水头逐渐减小。当下泄流量大于6 200 m3/s，电站上下游水头差已低于机组发电最小水头，此时机组停止发电。汛期对应大流量时段机组停止发电有利于避开泥沙高峰，减轻泥沙对机组的磨蚀。

受灯泡贯流式厂房结构特点制约，厂房流道进口底板与冲沙孔进口底板之间的高差一般不会太大。在预可研阶段，厂房流道进口底高程为520.00 m，冲沙孔进口底高程为513.20 m，高差6.8 m。国内近年设置冲沙孔的灯泡贯流式厂房有黄河沙坡头电站、红水河百龙滩电站，两电站流道与冲沙孔的高差均不大，沙坡头电站为5.05 m，百龙滩电站为2.5 m。由于流道与冲沙孔高差不大，而且机组流道断面（16.2 m×14.7 m）较冲沙孔断面大很多，发电运行期间开启冲沙孔对降低过机泥沙效果有限，设置冲沙孔的作用不大。

根据陈上群等提出的关于水轮机磨损问题的判别式：H·Sd＞7（式中 H 为电站水头，Sd为粒径大于0.05 mm的平均含沙量），认为H·Sd大于7时泥沙对水轮机磨损严重[1]。沙坪二级水电站设计水头14.3 m，粒径大于0.05 mm的平均含沙量为0.052 kg/m3，其 H·Sd为 0.74，远小于 7，水轮机磨损问题应不会突出。

通过上述论证分析，设计认为理论上沙坪二级水电站具备取消冲沙孔的条件。

5 水工模型试验验证

为验证电站泥沙淤积状况，检验泄洪时对厂房进水口前泥沙的拉沙效果，在水工泥沙模型试验中进行了进水口推移质沙带模拟试验，试验分别采用5年、50年一遇洪水流量进行。试验结果表明，推移质基本上没有翻过拦沙坎进入厂房进水口区域；即使在假设拦沙坎前堆满推移质泥沙的情况下，泄洪闸敞泄后也会将坎前泥沙冲走。水工模型试验同时表明，在汛期厂房停机时段，会有少量的细颗粒泥沙通过悬浮形式越过拦沙坎，落淤在厂房进水口前，但当电站开始引水发电后，落淤在进水口的泥沙会迅速被水流冲走。