峡山水电站进水口外置式拦污栅布置设计

刘颂波，卓 胜

（赣州市水利电力勘测设计研究院，江西 赣州 341000）

1 工程概况

峡山水电站工程地处贡水干流江西省于都县境内河段，坝址位于于都县罗坳镇峡山村，距县城约30 km。水电站是以发电为主，兼有航运等综合效益的中型水利枢纽工程。

峡山水电站工程枢纽主要建筑物呈“一”字形布置，从左至右依次为左岸非溢流坝、船闸、溢流坝、河床式发电厂房、右岸非溢流坝和变电站等。坝址控制集水面积 16013 km2，水库正常蓄水位 109.80 m，上游设计洪水位 114.68m（P＝2%），上游校核洪水位 116.69 m（P＝0.33%），水库总库容9600万m3。电站为日调节河床式电站，电站装机 3×11.7 MW，保证出力 4.54 MW，多年平均发电量1.3261亿kW·h，年利用小时3778 h，电站总装机容量为35.1 MW。

峡山水电站属低水头径流式水电站。我们知道低水头径流式水电站进水口拦污栅一般常规设计是在电站前沿布置拦污浮排，电站进水口布置拦污栅。本工程则通过方案比较最终采用外置式拦污栅，把拦污栅移出电站外，设于进水渠口，把进口拦污栅布置在拦砂坎位置，拦污栅底坎与拦砂坎结合设计。

2 拦污栅功能及布置形式[1]

2.1 拦污栅功能

拦污栅的功能可以防止漂木、树枝、树叶、杂草、垃圾、浮冰等漂浮物随水流带入进水口，同时不让这些漂浮物堵塞进水口，影响进水能力。

低水头径流式水电站的站址一般处于某个流域的中下游河段，站址以上集雨面积大，流经人口聚居点多，这些河段的河水往往具有流量大、垃圾多的特点。每当汛期来临，河流的中上游，都有大量的垃圾被冲入河中，随河水流走，给中下游电站的正常运行造成严重的威胁。

2.2 拦污栅布置形式

低水头径流式水电站拦污栅布置一般有内置式和外置式两种方式。

1）内置式。拦污栅就布置在电站厂房前部，栅墩属于厂房的一部分，拦污栅一般设一个倾角，后面是机组检修闸门。其特点：每台机组具有独立的拦污栅，栅面积小，深度大，过栅流速较大，一般达到1.0 m/s以上，且流速分布不均匀，靠近流道口处的过栅流速更大，清污困难。

2）外置式。拦污栅布置在电站进水渠口，离开厂房有一定的距离，栅墩是独立于厂房的砼结构，与厂房砼结构没有联系，栅叶立面布置可以是倾斜的或垂直的，拦污栅底坎与拦砂坎结合设计，以降低土建投资。其特点：所有的机组共用一道拦污栅，拦污栅总面积大，深度小，过栅流速较小，一般在0.8 m/s以下，尤其是电站不满发时，过栅流速更小，且流速分布较为均匀，清污方便容易。

3 拦污栅布置形式的比选

我们根据本工程具体情况，并针对河床式发电厂房拦污形式，进行了两种方案的比较。

3.1 方案Ⅰ[2],[3]

本方案只设一道拦污设施，将厂房拦污栅前移，与拦砂坎结合布置。

方案布置：由于发电厂房进口段不设拦污栅，可缩小厂房进口段宽度（水流方向）和发电厂房主机间段的长度（坝轴线方向）。

该方案主机间段长 59.00 m，进口段宽度 11.2 m（其中向上游侧外挑1.2 m），布置厂房检修闸门。进水渠渠口设置外置式拦污栅，拦污栅底坎与拦砂坎结合设计，拦砂坎采用C15砼重力式结构，建基面高程 96.00～98.00 m，座落在弱风化中粗粒花岗岩地基上，坎顶宽5.6 m，坎顶高程102.50 m。拦污栅平面布置成折线型，拦污栅共设 21孔，每孔净宽 8.0 m，栅墩宽 1.5 m，垂直坝轴线方向直线段长86.7m，共设9孔拦污栅，与坝轴线成60°角斜线段长114 m，共设12孔拦污栅，与岸坡连接段墩墙长30 m。拦污栅上部设清污工作桥平台，平台高程与坝顶高程齐平为118.70 m。拦污栅垂直布置在挡砂坎上，共布置21孔，每孔布置一扇拦污栅。拦污栅孔口尺寸为8 m×14.19 m（宽×高）。底坎高程 102.50 m，设计水头为0.5 m。栅体为平面滑动钢栅，分为5节，每节为2.92 m，节间用联接板连接。主要材料为Q235。在拦污栅槽前设有液压清污抓斗导槽，以利液压清污抓斗垂直升降。本工程共布置2套清污抓斗。拦污栅启闭设备为2×100 kN双向门式启闭机，21孔共用2台，直线段与斜线段各设置一台双向门机启闭。

3.2 方案Ⅱ[4]

本方案要达到同等拦污效果，须设二道拦污设施，发电厂房进口段布置拦污栅，进水渠上游布置拦污浮排。

方案布置：发电厂房进口段布置拦污栅和检修闸门。为满足拦污栅过栅流速和结构要求，厂房进口段宽度（水流方向）和发电厂房主机间段的长度（坝轴线方向）应相应加大。该方案主机间段长69.10 m，进口段宽度 17.2 m（其中向上游侧外挑 1.2 m）。

按照规范要求拦污浮排角度在15°～30°之间，由于地形条件限制，与河床水流方向的夹角约为30°，拦污浮排由43节双浮筒和挂栅组成，直线长度L＝216.0 m，矢高15.0 m，一节浮排长度为5.6 m。挂栅为活动挂栅，挂栅与浮筒为铰接，在一定的反向压力下，挂栅可以旋转，允许漂浮物从挂栅下通过。浮筒上游栏杆下部分装有扩张网拦住由于风浪推高而翻过拦污排的漂浮物，并在浮筒上铺设花纹钢板作为人行便桥，浮筒之间用销轴连接。设计水头差0.5 m。由于在水流的作用下浮排的中段会向下游方向凸起，使得锚头处的负荷加大，所以在浮排下游2/3处设三根牵引钢丝绳，以限制浮排反向凸起。为了确保进水口和泄水建筑物的安全，不允许浮排在随意位置断开，在浮排的下游活动锚头处设有安全销轴。这样，可减少浮排断排后浮筒对电站进水口和泄水闸的威胁，保证水工建筑物的安全。自浮式活动锚头装置设两套，分别安装在上、下游的支墩内。锚头为平面台车式支架。设4只滚轮作为正、反向支撑。并分别在锚头与浮排的连接处设置了侧向支撑，锚头在支墩内的运行，由浮排支架随水位变化上下浮动。

3.3 方案比选

两方案具体工程量和投资比较情况见表1。对两方案进行比较：

1）由于地形条件限制，本工程厂房位置靠右岸山体布置，方案Ⅰ发电厂房主机间段的长度小，厂房进出水流水力条件容易满足，可避免大范围开挖；方案Ⅱ发电厂房主机间段的长度比方案Ⅰ多10 m，厂房进出水流水力条件不好，影响电站发电效益。

2）根据类似工程经验，方案Ⅱ拦污浮排的拦污效果不是十分理想，汛期较重的污物容易进入厂房进水口。而方案Ⅰ将厂房拦污栅前移与拦砂坎结合布置，在我们设计的多个工程中已采用，效果良好。

3）方案Ⅰ工程投资比方案Ⅱ节省426.81万元。

综合比较，推荐采用方案Ⅰ，采用外置式拦污栅布置方案，即将厂房拦污栅前移，与拦砂坎结合布置，详见图 1、图 2。

表1 两方案主要工程量、投资表

图1 方案Ⅰ进水渠口拦沙坎及拦污栅平面布置图

图2 方案Ⅰ拦沙坎及拦污栅墩剖面图

4 结语

峡山水电站现已蓄水发电运行，电站进水口流态较平顺，拦污栅前后看不到跌水，水头损失小，整个电站运行良好，基本达到设计的预期效果。由于外置式拦污栅具有一定的优势，我们不但在新建电站采用，而且一些原来采用了内置式拦污栅的已建电站，也进行了改造，把拦污栅改成了外置式，并在实践中取得了较好的经济和管理效果。但应值得注意的是：外置式拦污栅，与厂房之间有一定的距离，隔着电站的进水渠，如有人、畜或其它杂物，掉入电站进水渠内，就会被直接冲入水轮机中，从而威胁人、畜生命安全及电站的运行安全，拦污栅与厂房之间的这一段区域，应加强安全管理。

［1］SL258－2003，水利水电工程进水口设计规范［S］.

［2］赣州市水利电力勘测设计研究院.江西省于都县峡山水电站工程初步设计报告［R］.2010.

［3］徐前明.低水头径流式小水电站外置式拦污栅的优势及设计方法［J］.建筑科技与管理，2011（5）.

［4］勒兆岚，饶英定，仪 彤.江西廖坊水利枢纽拦污排设计［J］.人民长江，2012（2）：83～84.