亚洲最长尾水渠电站设计与运营中的突出问题分析-论文.pdf

'第33卷增刊2四川I水力发电Vo1．33，Supplement22014年8月SichuanWaterPowerAug．，2014亚洲最长尾水渠电站设计与运营中的突出问题分析顾轩，李伟(四川圣达水电开发有限公司，四川乐山614900)摘要：水电站河床式厂房加长尾水渠混合式开发模式具有集中发电水头、增大装机容量的作用。该开发方式是对传统的混合式开发方案的丰富和发展。现国内已有不少长尾水渠电站开始筹备、施工，如安谷电站(9．5km)、百花滩电站(7．9km)等，其中大渡河沙湾水电站投产运行已近6a。沙湾水电站做为亚洲已投运的、最长尾水渠的水电站具有其自身特点。从设计及运营管理上综合分析了其特点以及存在的行洪、淤积等突出问题，可为采用类似模式开发建设的水利水电工程提供宝贵的经验。关键词：沙湾水电站；开发方式；长尾水渠；运行；分析中图分类号：Tv7；TV698．1；TV22文献标识码：B文章编号：1001-2184(2014)增2-0043-031概述开发，该河段流量虽大但比降小，经济效益不高。大渡河干流在铜街子水电站以上河水行进在若采用纯河床式开发，需建设两级电站才能完成高山峡谷之间，水力开发适合采用传统的高坝大该河段水能资源的开发利用，其投入产出比效果库方式。铜街子水电站以下河宽逐渐增大，铜街也极佳。子镇至乐山市河段长约45km，河谷开阔，动能经经过反复进行论证比较，最终决定在该河段济指标十分优越，但始终受制于平缓河段蓄水难、采用河床式厂房加长尾水渠的混合式开发，该方土地淹没大、移民数量多等问题，致使该河段开发式一级即可完成该河段水能资源的开发利用。在难度较大。为避免上述问题，大渡河沙湾河段开河床式厂房后开挖长9．15km的尾水渠，在利用发方案突破性地采用了“向下挖水头”的设计，开长尾水渠集中的l4．5113_水头落差的基础上，只需挖了现亚洲最长的尾水渠用以集中平缓河道的水要再筑坝壅水15．5in高，既可使得电站总利用落头，从而既充分利用了平缓河段的水能资源，又避差达到30in。采用长尾水渠获得装机容量220免了高坝蓄水造成的淹没问题，使得原本不具备开MW，与单纯的依靠筑坝蓄水获取水头的方式及发条件的大渡河下游河段有了可行的开发方案。两级式的开发方式相比极大地减少了淹没面积及河床式厂房加长尾水渠的混合式开发虽然能投资与移民成本。够充分利用大江大河的下游河段，但在亚洲及国2．2尾水流态分析内尚缺少采用该模式开发的电站运营与管理经根据沙湾水电站的运行方式，在尾水渠中有验，超长尾水渠在运营中的行洪、淤积及日常养护三种流态。第一种为：当上游来水量小于满发流中存在着各种问题均值得我们进行探讨。量22031TI／s时，所有来水均用来发电，泄洪冲沙2沙湾水电站长尾水渠设计的可行性与其具有闸关闭，原河道无弃水；第二种为：当上游来水流的特点量为2203～5000in／s时，机组满发引走22032．1沙湾水电站长尾水渠设计的可行性In／s的流量，其中大于2203In／s、小于5000大渡河沙湾河段沿河城镇较多，人口密集。nl／s的部分流量由泄洪闸下泄至原河道，两股水在充分利用水能资源的前提下，若采用传统的高流在尾水渠出口处汇合；第三种为：当上游来水流坝大库方式进行开发，由于其淹没工矿、场镇和省量大于5000m／s时，由于水流中含沙量大，上下道103公路及大片耕地、民房而使得工程投资、移游水头差小，机组停机避峰，所有流量均由泄洪冲民难度巨大而不可行；若采用坝式+引水式方式沙闸下泄至原河道，仅有部分水流从尾水渠左堤收稿日期：2014-06-30桩号为i+000至I+700处预留的溢流侧堰翻入SichuanWaterPower困 顾轩等：亚洲最长尾水渠电站设计与运营中的突出问题分析2014年增刊2尾水渠，使尾水渠中的水流在停机状态时仍处于瀑布沟水电站建成后较长时间内下泄的泥沙流动中，从而有利于减少渠道左边墙两侧的水位主要为颗粒较细的冲泄质，水流处于次饱和状态，差和渠内泥沙淤积，两股水流在尾水渠出口处汇没有推移质泥沙出库，沙湾与瀑布沟水电站区间合。内的推移质沙量大约为60．4万t(合30．2万2．3尾水渠对河段行洪能力的影响m。)，经过龚嘴和铜街子水电站水库拦蓄后，进入尾水渠局部穿过主河床。由于工程的建设造本工程库区的泥沙主要以细颗粒悬移质泥沙为成本河段河道水流流态和河床关系的改变，从而主，多年平均入库悬移质泥沙输沙量为1170万t造成河床再造的过程。经计算，在流量Q=5500(合836万m)，没有推移质泥沙入库，水库悬移m／s(相当于两年一遇)下，工程建成后，尾水渠质泥沙颗粒的分界粒径d=0．15～0．4mm，冲泄河段的平均河宽为338m，河床是稳定的。根据质约占90％以上。实际运营经验看河床未曾发生较大的河床演变。3．2尾水渠泥沙淤积程度计算沙湾水电站尾水渠修建后，长尾水渠占用天设计要求，当工程遭遇大流量时，尾水渠将参然河道，导致天然河道过流能力下降、过流时水位与行洪。由此而可能出现的问题包括：不同年份上升，设计洪水水位最大上升0．47m，已对本河(丰、中、枯三个典型年)进入渠道的泥沙量有多段行洪产生了比较明显的影响，必须采取适当的少、泥沙沿程淤积形态、渠道淤沙级配组成情况及措施减少对行洪能力的影响。其主要原因是部分泥沙淤积对尾水渠运行影响分析。尾水渠道占用了河道主槽，如CS4～CS8附近的由于沙湾水电站为日调节电站，无任何调蓄尾水渠，对于这部分河道，须开挖疏浚河道，恢复能力，当上游来水大于5000m／s时，全闸开启，河道的行洪宽度和行洪断面。大排大泄，故以入库泥沙特性作为尾水渠淤积计2．4长尾水渠对河段泄洪效能的影响算的依据。由于有尾水渠的存在和影响，从而使沙湾水根据四JlI大学高速水力学国家重点实验室提电站的泄洪和消能与纯河床式电站有着本质上的供的CRS一1和CRs一3河流泥沙数学模型对尾不同。因为尾水渠是在河床上开挖出来的，其底水河段、尾水渠道水流泥沙进行模拟计算，其计算高程大大低于原河床，而且全断面都进行了衬砌，结果如下：糙率远远小于原天然河道，从而增大了电站的行(1)丰、中、枯三个典型年人渠沙量分别为：洪能力。3490万t、1920万t、1505万t。此外，若电站未从天然河道弃水时，闸下属于(2)泥沙淤积对尾水渠运行影响分析。干枯状态。在闸门刚开启时，与其它纯河床式电泥沙沿程淤积形态(20a)见图1。由图1可站相比闸下总是少了一个机组的发电流量，而采知，最大淤积厚度为0．75m，泥沙淤积平衡后的用长尾水渠设计的电站闸下水位增长缓慢，致使渠道底坡坡比为1：30300。沙湾水电站尾水渠泥消能问题异常严峻。为解决天然河床干枯带来的沙淤积20a(中+丰+中+枯+中循环4次)泥消能问题，沙湾水电站闸下消能方式必须采用三沙淤积基本平衡，在引用发电流量下，电站尾水位级消能池消力，从而造成了投资增加。升高0．09rn，即发电水头减少0．09m，因此，尾水3长尾水渠泥沙淤积问题分析渠泥沙淤积对电站发电水头存在一定影响。3．1入库泥沙特性分析3．3沙湾水电站尾水渠淤积量的测量及分析天然情况下，沙湾水电站入库悬移质泥沙年为掌握沙湾水电站自运行以来尾水渠内的泥输沙量为3910万t，推移质泥沙年输沙量为78．5沙淤积情况，公司于2010年11月24日组织人员万t。暂不考虑双江口水电站的拦沙作用，其上游沿尾水渠下游至上游逐段对尾水渠断面淤积情况瀑布沟水电站水库具有季调节能力，泥沙出库率进行了勘察，采用水下测量法进行了测量(表1)。为13．1％，出库含沙量为0．115kg／m，水库运用根据沙湾水电站发电部《关于尾水渠淤积量100a时，泥沙出库率为13．7％，出库含沙量为测量情况报告结果》与尾水渠施工设计实际情0．121kg／m。况，笔者做了以下分析：口S&huanWaterPower 第33卷总第168期四川水力发电2014年8月高程／nl40940740540340l=一·～20年泥素逢积成【水面线初期)『一水面线泥沙淤积后)I399397395Ol00020003000400050006000700080009000距离／nl图1沙湾水电站尾水渠泥沙沿程淤积形态(20a)图表1沙湾水电站长尾水渠淤积厚度表式中为长尾水渠内淤积总量；W为长尾水渠底面宽度；。为平缓段平均淤积厚度；H2为突变段平均淤积厚度；为平缓段长度。V=0．18×91×7102+0．769×91×f9015—7102)=250200(111)，即25万1TI。实际情况与设计计算相比淤积问题突出，可能与测量之前上游瀑布沟水电站并未蓄水有关。4沙湾水电站长尾水渠河段的管理(1)从水面高程进行分析。水面高程不是按从对9．15km长尾水渠观察的情况看，目前一定坡比向下顺降，而是在尾水渠出口高程存在尾水渠水工建筑物总体运行正常、安全可靠，但右升高现象，分析其原因是该处设置的拦沙坎和渠岸挡墙局部由于车辆碰撞而造成倒塌破损，需进底淤积物对水流产生阻碍导致，局部抬高了水位。行修复。(2)从各断面水深数据分析。深度基本一5结论与建议致，但在尾水渠出口有突降，应与该处挡沙坎和地通过对沙湾水电站的开发方式及其长尾水渠方倾倒废料堵塞河道有关。尾8+155．00处的水水力特点进行分析，笔者得到以下几点认识：深与渠底高程变化有差异，应与前期地方船只私(1)因地制宜地采用符合沙湾河段所处的地自进入尾水渠内进行开采有关。理、环境特点的河床式厂房加长尾渠开发方案，在(3)从淤积厚度分析。由于从机组涌出的水技术上是可行的，在经济上是合理的。流流速较大，渠底较平，因此，上游渠段淤积较少。(2)对类似沙湾河段的河流下游浅丘、平原随着接近渠口，拦沙坎壅高水位，阻挡泥沙，进而地区河段水能资源的开发问题，当采取常规开发造成部分渠底淤积较为严重。方式开发河段水能资源因淹没等因素受到限制或3．4淤积量计算不经济时，采用尾水渠集中该河段水头、增大装机尾水渠渠底宽度为91ITI，渠底淤积平缓段尾容量是一个有效的模式。0+o0至尾7+102．00平均预计厚度为18cm。(3)受尾水渠影响，闸门下游河段水位低、流突变段尾7+102．00至尾9+015．00平均厚量小，闸下底流消能应由一级增加至三级。度为76．9cm。(4)应在主厂房前设置两道拦沙设施，避免则尾水渠总淤积量为：推移质泥沙通过机组流道进入渠中，同时应疏浚V=H×W×L+月r2+W×(9015一￡)(1)(下转第49页)SichuanWaterPower圈 谢琰等：沙湾水电站库区防护工程排涝能力的分析与研究2014年增刊2采用《四川省大渡河沙湾水电站可行性研究：0．1××H×F=0．1×h×F报告》中1／10000航测图上量算出瓦厂沟、岩沟式中为设计洪水总量(万rn)；Hrp为历时为及福禄镇排涝区的流域特征值，成果见表3。T(d)的设计暴雨(mm)；Ot为径流系数；h为径流表3设计流域特征值计算成果表深(mm)。经计算，各频率设计洪量成果见表5。表5各设计断面各频率设计洪量计算成果表流域名称——鱼差笪瓦J掏199．941170．376140．30998．6122．3支沟设计洪峰流量计算岩沟39．72233．88428．05620．269根据福禄防护区域设计暴雨成果，采用《四塑堡堡塑兰：：：!!!：!!：1川省中小流域暴雨洪水手册》中的推理公式法推3结语求设计洪水，其基本公式为：福禄镇防洪堤为城镇防洪堤，根据防洪要求，Q=0。278~(s／~")F结合本工程实际情况，将库区堤防级别定为4级，设防标准为20a一遇洪水，相应洪水流量8800式中Q为最大流量，m／s；为洪峰径流系数；s为暴雨雨力，mm／h；为流域汇流时间，h；n为暴m／s。故福禄防护工程设置的排水设施排涝能力雨公式指数；F为流域面积，km。选取设计洪水洪量中设计频率P=5％的计算成根据流域下垫面条件，选取产汇流参数计算果。为避免暴雨时福禄镇部分低洼地带积水，位推理公式中的计算系数。用推理公式计算出各频于沙湾水电站福禄防护工程区域低洼处的福禄镇瓦厂沟沟口、岩沟沟口断面及福禄镇排涝块防护率设计洪峰流量，其成果见表4。表4设计断面各频率洪峰流量计算成果表工程必须满足的排涝能力分别为199．941万m、39．722万1TI。和4．722万m。。作者简介：谢琰(1983-)，男，宁夏固原人，工程师，学士，从事水电站电力生产技术工作；2．4支沟设计洪量计算付玉(1989-)，女，四川自贡人，技术员，从事水电站电力生产技术工作；由设计暴雨推求设计洪水总量。洪水总量采王永青(1989一)，男，安徽桐城人，技术员，从事水电站电力生产技用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中的计术工作．(责任编辑：李燕辉)算公式计算，即：ll"，"，●，l’，"，"●"，’，，"，"，’，’●，●"’，"lI，""，"l，"，"""’，"，"，，，"’l，"l""""l，l，"’’"，l，，"’，’’""""(上接第45页)谷开阔、水流散乱的特点。沿河耕地、人口和城镇下游河道的高边滩和心滩，以利于行洪，避免泥沙密集，工矿业发达，交通道路纵横，若采用传统水入渠。能开发方式单纯依靠筑坝蓄水来获得水头，将受(5)鉴于沙湾水电站尾水渠通过大量开挖河到淹没条件的限制而变得不可行。只有采取尾水道而获得的水头，建议对施工弃渣和水保问题进渠集中这些河段水头的方式，才能使这些河段的行专题研究。水能开发由不可能变为可能，由不经济变为经济。(6)尾水渠河段在不弃水的情况下脱水，极(2)随着国内各主要河流中、上游高山河谷大地影响了河床景观及生态环境。建议今后采用段的开发殆尽，沙湾水电站这种利用尾水渠集中长尾水渠模式开发的工程，在脱水河段应增加生河段水头的开发方式很适合对下游平缓地区的水态机组或阀门，以保护原河道的生态环境。能资源开发，在具有适合的条件时有很好的推广(7)建议每年汛后对尾水渠淤积量进行定期和应用价值。测量，着重安排对尾水渠末端2km范围内进行定作者简介：期清淤。顾轩(1988-)，男，四川资阳人，助理工程师，从事电力生产技术工作；6沙湾水电站长尾水渠推广应用的前景李伟(1986一)，男，四川自贡人，助理工程师，从事电力生产技术(1)大型河流下游段一般都具有流量大、河工作．(责任编辑：李燕辉)SichuanWaterPower圈'