关于水电站工程设计中的前池结构及布置探讨

王树东

吉林省长春市农安县水利勘测设计中心

关于水电站工程设计中的前池结构及布置探讨

王树东

吉林省长春市农安县水利勘测设计中心

水电站作为我国水电事业重要的建设工程，对于提供电力资源、解决电力供需矛盾具有重要意义。水电站工程的主要构件设计的是否合理，将会直接影响到水电站的能否有效运行。而前池是水电站的重要构件之一，因此，水电站工程中的前池设计对于水电站设计工作的顺利开展具有重要影响。水电站前池的结构和布置方面设计有很多问题需要探讨。

水电站工程；前池结构；布置

随着市场经济的持续快速增长，社会生产力的不断发展进步，人们生产生活中对电力资源的需求也逐步上升。电力资源供不应求的矛盾已经逐渐显现在现代社会中，电力工作在现代化的建设中占据重要地位。保证电力工作的顺利进行，水电站作为重要的发电工程，对于促进电力系统的正常运行、便利人们的生产生活、保障国民经济的稳定发展，具有重要意义。因而加强水电站的设计工作就显得尤为必要，要将水电站的工程设计好，前池作为水电站的重要组成部分，对于发电站的正常运行具有重要影响。做好水电站工程前池的结构及布置的设计工作，将会直接影响到水电站的发电供电功能。

1 水电站工程中前池的内涵

压力前池是指连接无压引水道与压力管道，为水轮机调节水量和水位、平稳水流的水池。它设于水电站无压引水道与压力管道联接处。并设有排除杂物、泄放弃水等设施。它由池身、压力墙、压力管道进水口、泄水道、排污、排砂、排冰道等组成，各建筑物视需要而设置，某些建筑物可结合使用，如排污、排冰及排沙道可共用一个陡槽。

压力前池的池身要能容纳一定的水体积，多利用有利地形，扩宽、加深形成。池身与引水道间设渐变段。压力前池位置的选择应特别注意地基稳定和渗漏条件。

在水电站设计时，都会根据水电站的功能要求，选择设置一个合理的前池，这种做法对于水电站的平衡发电功能起到保障作用，同时对于水电站自身的安全稳定运行起到良好的促进作用。因而需要对前池的结构和布置进行详细地分析研究，以确保前池结构和布置能够达到规范的标准及相关要求，为水电站的正常运行起到良好的辅助作用。

2 水电站工程中前池的结构设计

2.1 前池在水电站工程中起到的具体作用

水电站自身的情况有所不同时，前池的结构设计也将会有所差别，但是大部分水电站工程中前池的总体结构设计都是相似的。

压力前池在水电站工程中具有如下作用：

(1)节水量。无压引水道水流经过压力前池平稳地分配到各压力管道。当机组出力增加时，从前池补充水量。当出力减小时，前池可容纳多余的水量。它一般具有日调节功能。

(2)稳水流。当水电站减负荷时，流入压力管道的流量将发生急剧减少，利用压力前池的容积和设有的溢流设施，能迅速消灭涌浪，平稳水流，故它又称平水池。

(3)设置闸门保证事故关闭和检修。在压力墙内设压力管道进水口，进水口设事故闸门、检修闸门、通气孔和启门设备。在事故情况下，事故闸门可紧急关闭。通气孔向压力管道中补气，避免管道内形成真空。

(4)排除污物、冰凌和泥沙。压力管道进水口设拦污栅及清污设备，以清除从渠道流来的漂浮物。并可在压力管道进水口附近设排污道。由于压力前池中流速低，具有一定的沉沙作用，沉沙可用排沙廊道排出。排沙廊道宜设置在压力管道进水口下面，以利水流推动泥沙进入廊道。

(5)保证电站下游用水。在电站停止运行时，为保证电站下游用水，需设置泄水道，在堰后设置泄水陡槽。对于引水式电站来说，前池能够起到“承前启后”的作用，是一种具有过渡性功能的建筑物。在这类水电站之中，形成前池，通常需要在引水渠(或无压隧洞)的末端加深渠底，扩大渠道(或无压隧洞)的断面尺寸。在引水渠(或无压隧洞)的末端设置前室、进水室、溢流堰、冲砂闸、泄水渠等建筑物，使得前池具有调节流量的一定容积。同时这种前池的结构对于水电站减缓流速、拦阻杂物、调节水量、平稳水头、减少水位的波动具有重要作用。

2.2 前池的结构设计

进行水电站前池设计时，主要考虑前池对电站发电时的调节功能。在前池结构设计时，宜采用水利条件较好的正向进水方式，侧向进行溢流和排沙。

水电站的前池结构主要由扩散段、池身、进水室、溢流堰、冲沙闸室、冲砂泄水道等部分组成。水电站工程中的前池必须保证进水口水流的平顺，且流速要保持分布均匀的状态，不能形成回流或者集中的底流，为了达到这个目标，电站在设计时宜采用进水口中心线与引水渠道中心线相重合的措施。前池的结构设计中还需要有重要的举措来防止水流出现涡流的现象发生，保证水流能够均匀扩散，通常在前池进口用渐变段和上游渠道采用对称扩散的形式，需要保证单侧扩散角不宜超过12°。前池的池身段结构宜采用平顺直段的形式，池身长时宜采用分缝的结构，在结构分缝处设一道橡胶止水带，并在底部设置排水盲沟，各条沟汇集到较低的冲沙闸处，池水随着冲沙陡槽引出，以达到防止池水渗入到基础上，造成基础软化引起滑动的目的。

3 水电站工程中前池的布置设计

在选择前池的布置区域时，要综合考虑水电站的各种情况及总体布置，尤其要对水电站的周围地理环境、气候环境进行全面考察，进而选择一个合理的区域进行前池的布置。

为了保证前池能够起到对水电站的调节作用和保障其自身的安全性能，一般选择将水电站工程中的前池布置在地形较为平缓、山坡较为稳定的山脊的天然地基之上，尽可能地避开滑坡和顺坡裂隙的发育地段，同时在进行前池的布置时，还需要充分注意到前池建成之后水文地质条件的变化影响周围建筑物以及高边坡稳定的不利情形，以求确保前池和下游厂房的安全。合理选择布置前池的区域，对于充分发挥前池对水电站的综合效用具有重要意义，同时还能对当地的水文环境起到一定的调节作用，更好维护周围的生态环境。

4 结语

社会经济的快速发展，各行各业对电力资源的需求也在逐步上升，想要满足人们生产生活中对于电力资源的需求，解决现实社会中存在的电力供需矛盾，就需要提高电力企业的供电能力，增强水电站自身的发电能力。水电站的最终目的是为社会、为人民提供良好的电力资源，因而保障水电站发电工作的正常有效运行，就成为众多水电工作者一直在探索和思考的问题。实践表明，水电站的结构设施直接影响到了水电站的发电功能，因此，前池结构及布置设计工作做好，会对水电站发电效益的提升起到重要的保障作用。