青龙水电站厂房尾水渠布置研究

邓兴富

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072)

1 概述

近年来，水电工程中因上游河道施工弃渣或河床推移质淤积厂房尾水渠而减少电站出力或影响厂房正常发电的事例时有发生。由于青龙水电站厂址阶地较狭窄，厂房尾水闸室已接近河床，尾水渠将侵占部分天然河道，束窄了白水江河道行洪断面，加大了河道水流流速，水流对右岸河岸冲刷较为严重，将影响右岸永久公路及居民住房安全;且尾水出口位于左岸凸岸的末端，尾水渠淤积问题较为突出。因此，结合尾水渠水力学模型试验，研究尾水建筑物布置方案，对确保该电站厂区建筑物及右岸永久公路的安全和正常运行具有重要意义，可供类似水电工程尾水渠布置参考。

青龙水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县境内，采用低闸引水式开发，电站引用流量132.66 m3/s，利用落差约110 m，装机容量102 MW。工程开发任务以发电为主，兼顾下游生态环境及景观用水。

根据《水电枢纽工程等级划分及洪水标准(DL252－2000)》，确定青龙水电站为三等中型工程。厂房及尾水渠等永久性主要水工建筑物级别为3级，建筑物的设计洪水重现期为50年(Q=460 m3/s，p=2%)，校核洪水重现期为200年(Q=547 m3/s，p=0.5%)。

厂址位于青龙桥上游白水江左岸的Ⅰ级阶地上，阶地顺河长110 m，宽30～50 m，地面高程为1 171 m。该河段呈弧形凸向右岸，流向由S60°E转为N70°E，河谷呈不对称“U”型谷，枯水期河水面高程1 166.7 m，水面宽18～28 m。阶地面高于汛期河水面仅约2 m。

主厂房纵轴线方向为N85°E。安装间、主机间、主变室、GIS楼呈“一”字形排列。厂内安装三台单机容量34 MW的水轮发电机组，机组安装高程为1 164.5 m。尾水渠布置在主机间正前方与白水江相接，尾水平台位于主厂房下游，平台高程为1 174 m。

2 尾水渠布置方案比选

为因地制宜的合理布置尾水建筑物，避免尾水渠内泥沙淤积，减小尾水建筑物对河道行洪断面的侵占，减缓河道冲刷，确保厂区建筑物及右岸永久公路的安全和正常运行，拟定了两个尾水渠布置方案进行比较。方案①:尾水斜向出流;方案②:尾水侧向出流。

方案①:尾水斜向出流。尾水渠全长约30 m，渠宽32 m，尾水平台高程为1 174 m，在尾水平台上设有检修闸门槽。尾水渠在尾水管出口高程1 155.87 m处以1∶3反坡升至1 166 m高程，将尾水排至白水江。在机组满发(枯期)工况下，尾水出口水位高程1 168.65 m。具体布置见图1。

方案②:尾水侧向出流。尾水平台高程为1 174 m，尾水平台上设检修闸门槽。尾水渠全长78.9 m，其中前段为平坡，长32.9 m，宽15 m;中段为反坡，坡度1∶3.9，长36 m，宽度由15 m变为15.4m，顶坡高程1 165.1 m;后段为平段护坦，长10m，钢筋石笼护底，高程为1 165.1 m，护坦下游40m出口区域清理至1 165.1 m高程。在机组满发(枯期)工况下，尾水出口水位高程1 168.03 m。具体布置情况见图2。

图1 尾水渠布置(方案①)示意图

图2 尾水渠布置(方案②)示意图

结合类似工程经验，方案①厂房尾水渠与天然河道接近正交且位于河道的凸岸，容易产生河床泥沙淤积，抬高尾水位，影响电站正常出力。当电站在不发电或一台机发电等工况下，尾水渠出口流速较低，容易出现河床泥沙倒灌入尾水渠、尾水管出口泥沙淤积等不利现象，影响电站正常运行，且尾水水流正向冲刷河道对岸，右岸河岸冲刷较为严重。

方案②通过比尺为1∶25的尾水渠水力学正态模型试验验证，河道冲淤地形及水流流速分布见图3。

模型试验中各级流量下尾水渠出口泥沙冲淤情况见表1。

图3 河道冲淤地形及水流流速分布图(Q=460 m3/s)

表1 尾水渠出口推移质冲淤高程表

根据水力学模型试验成果可知:①在电站不发电情况下，尾水渠出口下游将淤积推移质，河道流量越大、淤积越严重，但淤积仅出现在平段护坦区域，电站恢复发电后，尾水渠出口下游淤积的推移质将被冲走。因此，在不利情况下的淤积问题可以通过电站发电解决。②当电站发电时，各级流量厂区附近河道在左岸产生推移质淤积，右岸产生冲刷，且随着流量的增加淤积量增加，冲刷加深。但河道右岸采用挡墙进行保护后，可确保村民房屋及永久公路的安全。③电站一台机发电时，尾水出口下游右侧有推移质淤积，左侧有一定宽度不淤积。但在三台机发电后，尾水渠出口下游所淤积的推移质将被冲走。④在三台机发电将尾水渠出口下游淤积的推移质冲走后，各级流量尾水渠内的水位接近天然状况水位，不影响电站的正常发电出力。⑤如果尾水渠出口下游产生淤积，可利用三台机发电流量冲沙。冲沙效果最佳工况为河道流量较小且电站机组满发工况(满发流量为132.66 m3/s)(图4)。

图4 尾水模型冲沙效果图

通过综合比选，方案②枢纽布置顺畅，电站尾水管出口可避免泥沙淤积，右岸河岸冲刷范围和冲刷深度可控，且其较方案①多利用0.62 m水头，可增加发电量，总体较优。故推荐方案②做为尾水渠布置方式。

3 结语

青龙水电站已发电运行近8个月并经历了一个汛期考验，目前电站运行情况良好，尾水渠内未出现泥沙淤积情况，机组出力能满足设计要求，河道右岸护坡防护效果较佳，确保了右岸永久公路安全运行和居民房屋的安全。

青龙水电站尾水渠布置格局对狭窄阶地岸边式地面厂房布置具有较好的参考价值。