出居沟水电站尾水渠布置优化设计方案的探讨

赵群章， 王树平

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

1 概 况

出居沟电站位于宝兴县永富乡境内，是宝兴河流域西河规划梯级规划的龙头水库，为低闸引水式电站。电站水库正常蓄水位1 806.00 m，总库容 32.3 万m3，具有日调节性能，冲击式水轮机组装机容量为2×37 MW，多年平均年发电量为3.32亿kW·h，年利用小时数4 486 h。

宝兴河在宝兴县城之上分为东河、西河两源。流域内地质构造复杂，出露岩层以沉积变质岩为主，有沙板岩、灰岩、大理岩、千枚岩等，仅在宝兴背斜部有少量花岗岩。东、西河上游，植被良好，原始森林茂密，水土流失不严重，据东河上游的硗碛水文站资料分析，年平均含沙量461 g/m3，多年平均输沙模数153 t/km2。在东、西河的下游，高程2 100 m以下的山麓沟谷，出露岩层破碎且风化严重，崩塌、滑坡现象时有发生。两岸冲沟发育，泥石流较活跃，河流纵坡较陡，泥沙输移能力较强。加之受采矿开石、砍伐森林、陡坡垦殖等人类活动的影响，水土流失较为严重。据东、西河汇口下游的宝兴水文站资料统计，多年平均含沙量673 g/m3，多年平均输沙模数682 t/km2。出居沟水电站厂房建基高程1 316.00 m，附近原始河床高程约1 320 m左右，属泥石流活跃区。

出居沟电站的开发任务为发电，同时兼顾下游减水河段的生态景观用水及熊猫栖息地的相关要求。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定，本工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。挡水建筑物为闸坝结构，最大坝高 22 m，最大闸高21 m，挡水建筑物级别为3级，引水系统和厂房等主要建筑物按3级设计，次要建筑物按4级设计。

2 厂区枢纽地质条件

厂区河道较为顺直，西河河流总体以S60°E流经厂区，枯水期河水位高程1 300～1 320 m，河谷宽约130～150 m。厂房布置在冲积高漫滩上，高漫滩拔河高约1～3 m，地形平坦宽阔。厂房后坡基岩裸露，地形陡峻，自然坡度一般40°～60°， 厂区覆盖层厚度一般大于50 m，按物质组成和工程地质特性可分为两大层，由老至新依次为：

第Ⅰ层，含漂卵泥砾石层(pl+alQ4)：为洪积和冲积混合堆积，颜色呈灰褐色。

第Ⅱ层，含漂卵石层(alQ4)：系现代河床冲积物。

覆盖层承载力满足厂房建基要求要求。

3 初步设计阶段厂区枢纽布置

发电厂房位于西河左岸的若壁小沟沟口上游约300 m的平缓滩地上，此处地形开阔、平坦，地基为含漂卵砾石层。根据地形地质条件和厂区枢纽布置的需要，考虑压力管道布置、尾水出流条件和厂区对外交通等因素，主厂房纵轴线方向为N68°W，与压力管道主管垂直相交，基本平行于河道水流方向。

厂区建筑物由主厂房、副厂房、升压站、尾水渠、回车场及进厂公路桥等组成。回车场、安装间、主机间呈“一”字形排列，副厂房布置在主厂房的靠山侧，升压站布置在安装间的靠山侧。尾水渠正向出水，轴线方向与河道约成60°夹角。

初步设计阶段的厂区枢纽布置示意见图1。

图1 初步设计阶段厂区枢纽布置

4 尾水渠布置优化设计

4.1 冲击式水轮机组尾水出流特点

混流机组发电水流经过转轮后流入尾水管内，水流连续有压，尾水管的水流条件对机组的效率影响较大，每台机组尾水管单机单管，两台机组共用一个尾水管从结构上无法实现。冲击式机组发电水流经过转轮后流入尾水管是自由落体，尾水管内水流呈明流无压状态，对发电机组效率无影响，因此两台以上机组共用一条尾水管是可行的，同时尾水管内水流方向对机组效率亦无影响，只要尾水管内过流能力及水位满足机组运行要求，无论尾水管正向出流还是从侧向出流对机组效率均无影响，见图2、3。

图2 尾水管正向出流剖面示意

图3 尾水管侧向出流示意

4.2 厂区枢纽布置优化设计

初步设计阶段，尾水渠布置在主厂房的下游侧，出口处轴线方向与河道呈60°夹角。若厂房上游发生泥石流，可能顺河道下泄堵塞尾水渠，影响电站运行及安全。近年来，宝兴河流域泥石流频发，河道淤积严重，初步设计方案尾水渠受泥石流及河道淤积影响较大，严重时可能影响电站的安全运行。

根据上述原因，技施阶段调整厂区尾水渠布置型式，改正向出流为侧向出流，两台机组共用一条尾水管。经过尾水渠及尾水管水力学计算，出流能力及水位满足要求。厂区建筑物包括主厂房、副厂房、升压站、回车场及进厂公路桥等建筑物均保持初步设计布置不变，尾水渠调整至厂房下游侧向，厂内结构只是尾水管部分相应局部调整，改为侧向出流。厂房上游侧防洪墙向下游延伸至厂房下游，兼做厂房基坑围堰，永临结合。初步设计阶段，两台机尾水管并列布置，尾水渠宽度19.6 m，调整为侧向出流后，根据水力学计算结果，尾水渠宽度采用与尾水管同宽5.3 m即可，尾水出流能力满足要求。厂区枢纽平面优化布置见图4。

图4 厂区枢纽平面优化布置

4.3 尾水渠采用侧向出流的优点

(1)解决了泥石流淤积尾水渠的问题，即使发生较大规模泥石流，只需在尾水渠末端进行清理，清理工程量相比正向出流小得多，后期维护费用低，尾水渠侧向出流提高了电站运行的安全性。

(2)正向出流尾水渠两侧挡墙占用了河床行洪断面，改为侧向出流后，尾水渠不深入河床阻挡洪水下泄，增加了河道行洪宽度，保证了厂区汛期安全。

(3)初步设计方案的厂区防洪墙仅修建至安装间，尾水渠直接面对主河道，厂房修建时需修建围堰挡水。尾水渠采用侧向出流方案后，厂区防洪墙延伸至尾水渠，同时可作为厂房基坑的围堰，属于永久工程兼做临时工程，永临结合，不必另外修筑围堰，方便施工，节省了工程量，缩短了施工工期。同时，尾水渠工程量相比初步设计更加节省，有较好的经济效益。

5 结 语

(1)出居沟水电站厂房冲击式机组尾水管内水流为明流，尾水渠布置更加方便灵活，厂区枢纽布置根据现场地形地质条件采用侧向出流，布局更加紧凑，尾水出流与原始河流同向，出流更加顺畅，尾水渠可有效规避上游推移质引起的淤积问题，可供同类工程参考。

(2)出居沟水电站安装2台单机容量37 MW水轮机组，单机引用流量9.7 m3/s，额定水头445 m。冲击式机组一般发电水头高，引用流量小，因此多台机组并用一条尾水管过流能力容易满足要求。

(3)厂房正向出流面对河床，由于受到尾水渠布置的影响，根据不同的地形条件，个别厂房基坑围堰布置较侧向出流可能存在施工干扰大或工程量相对较大等问题。

(4)并非所有冲击式机组厂房正向出流都不如侧向出流合理，具体采用哪种出流方式应根据现场地形、地质、水文泥沙、厂区枢纽布置及厂房基坑围堰布置、施工条件、厂区防洪设计等客观条件具体分析。