桥沟电站引水系统优化设计

樊小发，卢玲

黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003

1 工程概况

桥沟电站位于西沟电站下游、桥沟河的右岸滩地之上，距离其上游的西沟电站约650m。电站充分利用上游西沟电站尾水位与大河河道正常尾水位之间将近20m的水位落差，最大限度的开发清洁能源，同时改善桥沟河口区域生态环境、减少水流对河床冲刷的不利影响，可视为西沟电站的梯级开发电站。电站额定水头为19.20m，单机流量为15.85m3/s，装机规模为2×2.5MW。桥沟电站工程等别属V等、小（2）型，永久性水工建筑物（如引水道、厂房）级别为5级。

电站为引水式电站，采用一管两机布置方式，工程主要由挡水闸、引水渠道、进水前池、电站厂房、尾水建筑物、电站防洪设施等建筑物组成[1][2]。

2 工程地形地质

桥沟电站地区的地貌，按其形态特征、形成过程及第四系的沉积特征，可划归为侵蚀堆积区的准平原化上升亚区。其特点为河谷开阔，呈不对称形U型河谷，阶地发育不全。河谷两岸谷坡多有基岩出露，并发育了一些短浅的冲沟、河涧，地形高差较小。电站沿桥沟河右岸布置，所在处地形为低山沟谷区，地面高程135m～165m，两岸山体坡度30°左右。

桥沟电站位于中条山、王屋山南麓，崤山东北余支的北坡，为典型的华北地层。发电引水管线除部分压力钢管斜管段和下平段穿越T16基岩地层外，其余管线基础坐落在第四系全新统地层上，岩性主要以近代河流冲积砂、卵石、粉细砂、壤土为主，部分线路基础以人工弃渣为主，主要以块石、碎石及壤土为主。斜管段和下平段穿越第四系地层和T16粉砂岩、砂岩地层， T16岩组岩性以棕红、砖红色泥质粉砂岩为主，夹钙质细砂岩，在自然条件下该岩石极易风化，在基础开挖过程中预留保护层。

3 引水管路结构形式方案比选

引水系统方案比选的原则为水头损失尽可能小，节省引水系统投资，减少对周边环境的影响小[3][4]。

方案一：压力钢管方案：发电引水系统由电站进水口、压力引水管、前池以及压力管道组成，压力引水管道采用浅埋压力钢管形式，为不影响桥沟河的正常泄洪，设计考虑将压力钢管埋设在桥沟河底部，管线靠桥沟河右岸布置。

方案二：明流引水渠方案：引水系统由引水渠进水口、引水渠、进水前池以及压力管道组成，引水渠为箱型混凝土结构，沿着桥沟河右岸布置（见图1）。

两个方案在技术上都可行，都能达到引水发电的目的，洞线布置也基本一致。方案一中，压力钢管直接从厂家定制，现场施工方便，钢管全部埋在地下，施工完成后能回填至原来地面高程，恢复原有景观，但是管内流速较大，水头损失大，沿程损失与局部损失总和达到1.91m，另外钢管造价高，工程投资大。方案二渠内流速低，水头损失小，水头损失总和为0.8m，缺点是靠近前池部分渠顶高出地面高程，对景观会造成一定影响，需要做后期处理。

经过经济技术综合比较，把方案二作为推荐方案。

4 引水系统布置设计

引水系统主要建筑物包括挡水闸、引水渠进水口、引水渠、前池和压力管道等[5]。

（1）挡水闸

挡水闸布置于西沟与桥沟交叉口、西沟电站尾水渠末端，闸门采用翻板闸门，单孔布置，孔口宽17m，边墩厚2m，闸总宽21m，长10m。闸进口底板高程为152.81m，与西沟电站尾水渠末端同高，闸后采用1:5反坡与桥沟河床连接。闸顶考虑一定的防浪超高，并与西沟电站进场公路高程协调，设计高程159.00m。挡水闸兼排沙闸以及西沟泄洪闸。

（2）引水渠进水口

进水口布置于挡水闸右侧，与挡水闸成24°角，采用正面冲沙，侧面进水方式布置,进水闸上游布置有挡砂坎。进水闸闸门采用平板闸门，双孔布置，每孔宽5m，边墩厚1m，中墩厚1.5m，闸总宽13.50m，长4m，进水闸底板高程为152.81m。闸室布置有事故闸门，孔口尺寸5m×3.3m（宽×高）。闸顶高程为159.00m，闸顶设启闭机室，内设固定式启闭机。

图1 方案二引水系统平面布置图

（3）引水渠

引水渠为箱型混凝土结构，净宽5m，净高4.05m，纵坡i=0.0005，全长440m，渠首底板高程为151.16m，末端为150.94m，引水渠布置在桥沟河右岸，进口通过15m长、纵坡为i＝0.11的渐变段与引水渠进水口连接，出口通过前池与电站进水口衔接。渠内最大设计流量33m3/s，水深为3.28m，流速为2.02m/s。

（4）前池

前池布置于电站厂房上游约50m处，包括连接段、池身、冲沙闸和电站进水口。连接段连接引水渠和池身，长22m，进口宽5.00m，出口宽14.00m。在平面上采用对称扩展，扩展角为11.56°，立面上以斜坡与池身底板连接，进口底部高程为150.94m，出口高程148.00m。池身长24m，宽14m，底板高程为148.50m，池壁顶高156.00m，设计正常水位154.21m。为排泄机组突然停机时产生的大量弃水，在前池左侧布置溢流堰，堰顶高程154.40m，溢流堰宽22m，溢流堰下游设泄水槽，弃水经泄水槽汇集后，排入桥沟河。

冲沙闸与前池侧堰并排布置，位于侧堰下游，闸门采用平板闸门，单孔布置，孔口宽2m，边墩厚1m，闸总宽4m。闸进口底板高程为148.00m，

电站进水口采用一机一管布置，共设两个进水口，底板高程148.50m，宽14.00m，长5.00m，布置有拦污栅和快速闸门，拦污栅孔口尺寸为3.50m×6.50m，快速闸门孔口尺寸为3.50m×2.50m，闸顶高程156.00m，布置有闸门启闭设备。

（5）压力管道

压力管道采用浅埋压力钢管型式，连接前池和电站厂房，钢管总长50m，直径2.5m，管内流速3.02m/s。

5 结语

本次设计通过优化引水系统空间布局和管路结构型式，达到了减少水头损失、降低工程投资的目的。通过实施后期环境保护措施，有效降低引水系统建设对周围环境造成的不利影响。电站首台机组于2012年1月5日并网发电，引水系统运行状况良好，达到了预期目标。

[1]曾冬梅，潘君燕，倪龙等.石城子二级电站引水系统优化设计研究[J].陕西水利，2013（1）：97-98

[2]张东.小水池水电站压力引水系统优化设计[J].甘肃水利水电技术，2006，42（3）：215-216

[3]李水泷, 姜新忠.水坑水电站发电引水系统优化设计[J].浙江水利科技，2005（3）：37-39

[4]魏刚文.舟坝水电站引水系统优化设计[J].水电站设计，2011，27（2）：22-24

[5]铁朝虎，要创，党超军.呼和浩特抽水蓄能电站引水系统开挖研究[J].水利水电技术，2012，43（11）：58-61