大藤峡水利工程取消厂房排沙洞的可行性研究

2014-03-22张小涛张晓峰

东北水利水电 2014年8期

关键词：大藤峡龙滩排沙

付欣，张小涛，郑军，张晓峰

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021；2.锦州市凌河保护区管理局，辽宁锦州 121000）

大藤峡水利工程取消厂房排沙洞的可行性研究

付欣1，张小涛1，郑军1，张晓峰2

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021；2.锦州市凌河保护区管理局，辽宁锦州 121000）

大藤峡水利枢纽位于珠江流域西江水系黔江河段大藤峡峡谷出口处，采用河床式两岸厂房布置。随着初设阶段工作的深入，决定取消厂房排沙洞。取消排沙洞可大幅节省工程量及投资，减少施工干扰，有利于保证工程顺利实施。

大藤峡水利工程；河床式厂房；排沙洞;可行性研究

1 工程概况

大藤峡水利枢纽工程位于珠江流域西江水系黔江河段大藤峡峡谷出口处，下距广西桂平市黔江彩虹桥 6.6km。枢纽建筑物主要包括泄水、发电、通航、挡水、灌溉取水口、过鱼建筑物等。大藤峡电站采用河床式两岸厂房布置，其中左岸厂房装机 3台，右岸厂房装机 5台。

2 可研阶段厂房排沙洞设计

大藤峡水利枢纽工程从 1959 年轮廓性规划提出至今已 50 多年，中水公司东北院从 1982 年开始对大藤峡工程进行规划设计，当时红水河及柳江上的梯级电站均未开工建设，考虑上述两条河流的泥沙问题，在厂房机组段每台机蜗壳 1、4 象限下部设有一条机组排沙洞，因此可研设计阶段沿用了以往在主机间设置排沙洞的做法。

3 工程泥沙状况分析

红水河泥沙是黔江干流的主要泥沙来源，而红水河泥沙又主要来自龙滩坝址以上。红水河梯级电站中以龙滩水库库容最大，对泥沙的拦蓄作用最强，龙滩水库建成运行后，将会拦蓄大量泥沙，使大藤峡水库入库泥沙明显减少。龙滩水库以下岩滩、大化、百龙滩、乐滩等红水河梯级电站调节能力相对较小，虽然也会拦蓄部分泥沙，但对大水大沙年拦沙作用很小。

大藤峡水库悬移质入库输沙量由龙滩出库、龙滩～迁江区间、柳江柳州站、洛清江对亭站、柳州站和对亭站以下汇入柳江、黔江区间沙量、迁江以下汇入红水河区间沙量共六部分沙量组成。经计算，多年平均悬移质入库输沙量为 1610×104t，多年平均推移质入库输沙量为 74.5×104t，多年平均总入库输沙量为 1684.5×104t。

根据《水利水电工程泥沙设计规范》条文说明5.1 节内容，库沙比是判别水库泥沙问题严重与否的一个重要指标，库沙比的计算公式：（式中 Kt为库沙比值，V 为水库正常蓄水位以下原始库容，Ws为入库多年平均总输沙量）。经计算大藤峡水利枢纽工程库沙比 Kt为 250，当 Kt＞100 时，可视为泥沙问题不严重，故该工程泥沙问题不严重。

4 取消厂房排沙洞的可行性

1）工程布置的可行性。泥沙淤积高程是水工建筑物设计中重要参数之一。该工程泥沙设计基准期为 50 年。根据枢纽布置情况，主坝泄水闸前缘河床均清理至高程 22.00m，水库运行 50 年后坝址左岸最大淤积高程为 25.87m，右岸为 25.64m。而左岸厂房进水前池及进水渠导墙高程为30.00m，右岸厂房前拦沙坎顶高程为 26.00m，均可挡住淤沙。同时根据大藤峡枢纽布置，两岸厂房间共布置有 21个泄水低孔，只为排漂布置了 2个泄水高孔，从布置上看十分有利于电站的泄洪排沙。

2）机组磨损的要求。造成水轮机磨损的因素有很多，其中过机泥沙含量及持续时间、泥沙粒径、泥沙矿物成分和颗粒形状等因素与水轮机磨损有直接关系。

参考《小型水轮机磨蚀防护导则》（征求意见稿）6.0.2 条关于水轮机磨损程度的评价，对该工程水轮机的磨损程度进行初步判别，具体见图 1。

图1 水轮机磨损程度初步判别条件图

图 1 的横、纵坐标，分别为河流多年平均含沙量 Sp 与水轮机设计水头 Hr，A，B，C 区分别对应为磨损严重区、磨损中等区、磨损较轻区。大藤峡水利枢纽工程水轮机设计水头为 25m，水库运行50 年后过机平均含沙量为 0.125kg/m3。查图 1 可知，水轮机磨损程度属于 C 区，即磨损较轻区。

一般认为，进入水轮机有害粒径 d≥0.05mm的，含沙量小于 0.2kg/m3时水轮机叶片可不进行特殊抗磨处理。水库运行 50 年内过机粒径 d≥0.05mm 的最大平均含沙量为 0.021mm。说明电站运用 50年内过机泥沙有害粒径含量满足要求。同时机组关闭时，坝前起动泥沙最大粒径为 0.012 mm，小于 0.05mm，不属于有害粒径范围，故对水轮机影响较小。

过机水流的泥沙特性,直接影响水轮机的磨损程度。大藤峡泥沙的矿物中磨损的硬颗粒主要是石英和长石（莫氏硬度分别为 6.81 和 6.58），因此为防止这部分泥沙对水轮机的磨损破坏,水轮机部件的材料的莫氏硬度应大于7。不同的粒径及颗粒形状对磨损的程度也不同。对大藤峡的过机泥沙，d= 0.1～1.0mm 的部分，只占总含沙量的 6.6% ，即大颗粒的泥沙只占很小一部分,磨损的程度较小。

通过枢纽建筑物的合理布置，可保证大藤峡两岸电站厂房进水口前泥沙始终处于低位运行,同时考虑大藤峡上游已建工程对泥沙的拦蓄作用，只要保证水轮机工艺结构和制造质量，采取适当的保护措施，过机泥沙将不会对水轮机造成较大危害。故取消厂房排沙洞时完全可行的,后期将通过水工模型试验对泄洪低孔排沙效果进行验证。