桥沟电站引水系统优化设计

2013-10-08 03:03樊小发卢玲
中国科技信息 2013年18期
关键词:引水渠前池西沟

樊小发,卢玲

黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州 450003

1 工程概况

桥沟电站位于西沟电站下游、桥沟河的右岸滩地之上,距离其上游的西沟电站约650m。电站充分利用上游西沟电站尾水位与大河河道正常尾水位之间将近20m的水位落差,最大限度的开发清洁能源,同时改善桥沟河口区域生态环境、减少水流对河床冲刷的不利影响,可视为西沟电站的梯级开发电站。电站额定水头为19.20m,单机流量为15.85m3/s,装机规模为2×2.5MW。桥沟电站工程等别属V等、小(2)型,永久性水工建筑物(如引水道、厂房)级别为5级。

电站为引水式电站,采用一管两机布置方式,工程主要由挡水闸、引水渠道、进水前池、电站厂房、尾水建筑物、电站防洪设施等建筑物组成[1][2]。

2 工程地形地质

桥沟电站地区的地貌,按其形态特征、形成过程及第四系的沉积特征,可划归为侵蚀堆积区的准平原化上升亚区。其特点为河谷开阔,呈不对称形U型河谷,阶地发育不全。河谷两岸谷坡多有基岩出露,并发育了一些短浅的冲沟、河涧,地形高差较小。电站沿桥沟河右岸布置,所在处地形为低山沟谷区,地面高程135m~165m,两岸山体坡度30°左右。

桥沟电站位于中条山、王屋山南麓,崤山东北余支的北坡,为典型的华北地层。发电引水管线除部分压力钢管斜管段和下平段穿越T16基岩地层外,其余管线基础坐落在第四系全新统地层上,岩性主要以近代河流冲积砂、卵石、粉细砂、壤土为主,部分线路基础以人工弃渣为主,主要以块石、碎石及壤土为主。斜管段和下平段穿越第四系地层和T16粉砂岩、砂岩地层, T16岩组岩性以棕红、砖红色泥质粉砂岩为主,夹钙质细砂岩,在自然条件下该岩石极易风化,在基础开挖过程中预留保护层。

3 引水管路结构形式方案比选

引水系统方案比选的原则为水头损失尽可能小,节省引水系统投资,减少对周边环境的影响小[3][4]。

方案一:压力钢管方案:发电引水系统由电站进水口、压力引水管、前池以及压力管道组成,压力引水管道采用浅埋压力钢管形式,为不影响桥沟河的正常泄洪,设计考虑将压力钢管埋设在桥沟河底部,管线靠桥沟河右岸布置。

方案二:明流引水渠方案:引水系统由引水渠进水口、引水渠、进水前池以及压力管道组成,引水渠为箱型混凝土结构,沿着桥沟河右岸布置(见图1)。

两个方案在技术上都可行,都能达到引水发电的目的,洞线布置也基本一致。方案一中,压力钢管直接从厂家定制,现场施工方便,钢管全部埋在地下,施工完成后能回填至原来地面高程,恢复原有景观,但是管内流速较大,水头损失大,沿程损失与局部损失总和达到1.91m,另外钢管造价高,工程投资大。方案二渠内流速低,水头损失小,水头损失总和为0.8m,缺点是靠近前池部分渠顶高出地面高程,对景观会造成一定影响,需要做后期处理。

经过经济技术综合比较,把方案二作为推荐方案。

4 引水系统布置设计

引水系统主要建筑物包括挡水闸、引水渠进水口、引水渠、前池和压力管道等[5]。

(1)挡水闸

挡水闸布置于西沟与桥沟交叉口、西沟电站尾水渠末端,闸门采用翻板闸门,单孔布置,孔口宽17m,边墩厚2m,闸总宽21m,长10m。闸进口底板高程为152.81m,与西沟电站尾水渠末端同高,闸后采用1:5反坡与桥沟河床连接。闸顶考虑一定的防浪超高,并与西沟电站进场公路高程协调,设计高程159.00m。挡水闸兼排沙闸以及西沟泄洪闸。

(2)引水渠进水口

进水口布置于挡水闸右侧,与挡水闸成24°角,采用正面冲沙,侧面进水方式布置,进水闸上游布置有挡砂坎。进水闸闸门采用平板闸门,双孔布置,每孔宽5m,边墩厚1m,中墩厚1.5m,闸总宽13.50m,长4m,进水闸底板高程为152.81m。闸室布置有事故闸门,孔口尺寸5m×3.3m(宽×高)。闸顶高程为159.00m,闸顶设启闭机室,内设固定式启闭机。

图1 方案二引水系统平面布置图

(3)引水渠

引水渠为箱型混凝土结构,净宽5m,净高4.05m,纵坡i=0.0005,全长440m,渠首底板高程为151.16m,末端为150.94m,引水渠布置在桥沟河右岸,进口通过15m长、纵坡为i=0.11的渐变段与引水渠进水口连接,出口通过前池与电站进水口衔接。渠内最大设计流量33m3/s,水深为3.28m,流速为2.02m/s。

(4)前池

前池布置于电站厂房上游约50m处,包括连接段、池身、冲沙闸和电站进水口。连接段连接引水渠和池身,长22m,进口宽5.00m,出口宽14.00m。在平面上采用对称扩展,扩展角为11.56°,立面上以斜坡与池身底板连接,进口底部高程为150.94m,出口高程148.00m。池身长24m,宽14m,底板高程为148.50m,池壁顶高156.00m,设计正常水位154.21m。为排泄机组突然停机时产生的大量弃水,在前池左侧布置溢流堰,堰顶高程154.40m,溢流堰宽22m,溢流堰下游设泄水槽,弃水经泄水槽汇集后,排入桥沟河。

冲沙闸与前池侧堰并排布置,位于侧堰下游,闸门采用平板闸门,单孔布置,孔口宽2m,边墩厚1m,闸总宽4m。闸进口底板高程为148.00m,

电站进水口采用一机一管布置,共设两个进水口,底板高程148.50m,宽14.00m,长5.00m,布置有拦污栅和快速闸门,拦污栅孔口尺寸为3.50m×6.50m,快速闸门孔口尺寸为3.50m×2.50m,闸顶高程156.00m,布置有闸门启闭设备。

(5)压力管道

压力管道采用浅埋压力钢管型式,连接前池和电站厂房,钢管总长50m,直径2.5m,管内流速3.02m/s。

5 结语

本次设计通过优化引水系统空间布局和管路结构型式,达到了减少水头损失、降低工程投资的目的。通过实施后期环境保护措施,有效降低引水系统建设对周围环境造成的不利影响。电站首台机组于2012年1月5日并网发电,引水系统运行状况良好,达到了预期目标。

[1]曾冬梅,潘君燕,倪龙等.石城子二级电站引水系统优化设计研究[J].陕西水利,2013(1):97-98

[2]张东.小水池水电站压力引水系统优化设计[J].甘肃水利水电技术,2006,42(3):215-216

[3]李水泷, 姜新忠.水坑水电站发电引水系统优化设计[J].浙江水利科技,2005(3):37-39

[4]魏刚文.舟坝水电站引水系统优化设计[J].水电站设计,2011,27(2):22-24

[5]铁朝虎,要创,党超军.呼和浩特抽水蓄能电站引水系统开挖研究[J].水利水电技术,2012,43(11):58-61

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