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严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验 - 工程设计

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'严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验-工程设计阿勒泰地区位于东经85o31’57“~91o01’15”,北纬44o59’35“~49o10’45”,地处新疆维吾尔自治区最北部,气候特点是春旱多风,夏短不热,秋高气爽,冬季严寒而漫长,全年冬季长达5~6个月,极端最低气温达-51.5℃,最冷月平均气温达-18℃~21℃ 严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验-工程设计阿勒泰地区位于东经85o31’57“~91o01’15”,北纬44o59’35“~49o10’45”,地处新疆维吾尔自治区最北部,气候特点是春旱多风,夏短不热,秋高气爽,冬季严寒而漫长,全年冬季长达5~6个月,极端最低气温达-51.5℃,最冷月平均气温达-18℃~21℃ 严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验-工程设计阿勒泰地区位于东经85o31’57“~91o01’15”,北纬44o59’35“~49o10’45”,地处新疆维吾尔自治区最北部,气候特点是春旱多风,夏短不热,秋高气爽,冬季严寒而漫长,全年冬季长达5~6个月,极端最低气温达-51.5℃,最冷月平均气温达-18℃~21℃ 严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验-工程设计阿勒泰地区位于东经85o31’57“~91o01’15”,北纬44o59’35“~49o10’45”,地处新疆维吾尔自治区最北部,气候特点是春旱多风,夏短不热,秋高气爽,冬季严寒而漫长,全年冬季长达5~6个月,极端最低气温达-51.5℃,最冷月平均气温达-18℃~21℃ ,河内冰厚0.5~1.0m,冻土深1.2~1.5m.经过40年的建设,阿勒泰地区已建成电站20余座,除可可托海电站、富蕴县一级电站等为坝后式电站外,其余多为明渠引水式电站。现结合我区几十年来积累的经验,就引水式水电站的设计要求和运行管理两个方面作一初步总结。  1对引水式电站的设计要求  1.1引水枢纽的布置及形式的选择  在地形条件允许时,应考虑在电站上游建水库,以便冬季蓄冰,蓄冰库设计,不能仅以回水曲线形成的上游容积为界,应考虑到冰凌堆积和冰盖翘起后,来凌仍可向上游堆积一段距离,一般蓄冰静库容达到年输冰量的1/3即可。对于没有条件修建蓄冰库的引水枢纽,需考虑泄洪、排砂、拦冰和排冰措施。进水口应放在设计水位以下5~6m,以防止进水口控制设施的冻结。  引水枢纽宜选择在河床较稳定的平直段内,以防闸前冰凌堵塞,拦河溢流坝或导流堤需适当增加超高,应大于河道冰厚,避免因闸前进水受阻时坝顶溢流而造成“跑水”。  对于冬季流量较小的河道应能使河水全部进入引水渠,采用底栏栅式进水闸较好,这样能避免冰块进入渠内。对于冬季河道流量较大的电站,采用新疆常用的弯道式渠首,排冰效果较好,耗水量也小。  1.2引水渠设计  1.2.1渠线选择  为保证电站冬季顺利排冰,引水渠应尽量将渠线选择在河谷的阳坡,利用冬季阳光的辐射来提高水温,减少再生冰。渠线应直、顺,当必须设置弯道时,其弯道半径宜大于10倍设计水面宽度,以避免冰块在弯道上堵塞;渠线宜布置在挖方段,不宜布置在填方段,避免冰盖推力而引起渠堤滑坡、渠道决口。富蕴县二级电站引水渠道大多为填方,冬季运行时曾发生多起渠道决口事件,严重影响安全生产。  1.2.2渠道断面  为了防止冬季渠道水热量的散失,形成稳定的冰盖,采用窄深式弧形渠底矩形或梯形断面比较适宜,弧形渠底采用浆砌卵石结构,边坡采用混凝土结构,这样渠道抗冻性好,边坡比较光滑,渠道挂冰现象少,对安全运行有利。渠道超高大小,要充分考虑冬季渠底和渠岸自生冰凌对过水断面的影响,一般要求以大河的冰盖厚度再加大30~60cm作为超高,这样可以保证冰盖形成以后,渠道仍有足够的过水断面。  1.2.3流速  渠道设计流速的大小,主要按渠道运行方式而定。当引水渠采用输冰运行时,渠道流速可在1.1~1.5m/s,不能大于1.5m/s.对于结冰盖运行的的电站,渠道流速一般在0.5~0.6m/s,既缓流运行,又无冰塞现象。黑山头水电站引水渠设计流速,当初没有考虑到冬季输冰运行要求,引水渠除部分渠段(矩形断面)流速能达到1.1m/s外,其余渠段(梯形断面)流速在0.5m/s以下,因此每年冬季冰塞或决口事件多发生在此渠段。  1.2.4糙率  当冰盖下满流输水时,综合糙率按下式计算:  n=n1〔1+a(n2/n1)2/(1+a)〕1/2  a=x2/x1  式中n-冰盖综合糙率系数;  x1-渠道湿周长度,m;  x2-冰盖湿周长度,m;  n1-渠底及边坡的糙率系数;  n2-冰盖下表面的糙率系数,可按下表选用。冰盖下表面糙率系数n2结冰期平均流速v(m/s) 糙率系数n2  无冰凌,冰有裂缝 有冰凌,冰有裂缝 0.4