喀什一级电站排沙漏斗工程悬移质泥沙水文测验与分析

邓宏荣

(中国电建新疆克州新隆能源开发有限公司，新疆 克州，845550)



水文泥沙

喀什一级电站排沙漏斗工程悬移质泥沙水文测验与分析

邓宏荣

(中国电建新疆克州新隆能源开发有限公司，新疆 克州，845550)

本文验证了喀什一级电站排沙漏斗对多泥沙河流悬移质的排除率及耗水量的定量分析，为今后多泥沙河流的排沙设施选择提供依据。

喀什一级电站 排沙漏斗 悬移质含沙量 泥沙水文观测 泥沙级配

1 项目概况

喀什一级水电站位于新疆喀什市以西约50km的疏附县内克孜河上，修建于1980年，电站由大坝、引水渠道、前池及厂房等建筑物构成。喀什一级电站水库库容900万m3(含死库容)，装机规模19.5MW，设计最大水头49.5m，设计引用流量46.2m/s。

克孜河又名红水河，是国内为数不多的多泥沙河流，根据水文气象资料，河流多年平均含沙量6.20kg/m3，多年平均悬移质输沙量1174万t。喀什一级电站排沙漏斗工程位于喀什一级水电站大坝(以下简称大坝)下游6.5km处，为电站引水渠尾端的一座渠系建筑物。

2 排沙漏斗悬移质泥沙测验

2.1 悬移质泥沙水文测验的目的

本次悬移质泥沙测验的主要目的，是用比较精确的方法，测定单位时间内通过喀什一级电站排沙漏斗引水渠、退水渠、排沙渠的水量、悬移质干沙重量等，结合同一时间段的流量资料，确定断面平均含沙量，输沙率、截沙率、耗水率等，以科学数据证明排沙漏斗工程对引水式电站泥沙处理方面的重要作用。

2.2 悬移质泥沙测验内容

测验项目主要内容：引水渠流量测验、排沙渠流量、退水渠的流量测验；以上断面及排沙漏斗前沿悬移质泥沙进行采样、泥沙颗粒级配分析；最终对排沙漏斗工程的排沙能力做出评价。

2.3 悬移质泥沙测验评价内容

(1)测定引水渠流入排沙漏斗前的流量，不同流量下的泥沙含量、泥沙颗粒级配分析；

(2)测定排沙漏斗工程在不同流量下的耗水流量及耗水率，并与该工程设计技术指标进行比较；

(3)检验排沙漏斗的截沙效果，测定不同粒径的排除情况并与该工程设计技术指标进行比较；

(4)测定排沙渠的流量，不同流量下的泥沙含量、泥沙颗粒级配分析。

2.4 悬移质泥沙测验断面

(1)选择离排沙漏斗25km上游处的卡拉贝利水文站为1号断面，是本次测验的参考断面；

(2)选择离排沙漏斗工程上游1.2km处的引水渠上设立2号测验断面，是本次测验总量控制断面，控制排沙漏斗总引水量、含沙量；

(3)选择离排沙漏斗工程下游2.8km处设立3号测验断面，是本次测验排沙漏斗退水总量控制断面；

(4)排沙漏斗前沿西边设立排沙漏测验4号断面，是排沙漏斗排沙效果测量参考断面；

(5)排沙漏斗前沿东边设立排沙漏测验5号断面，是排沙漏斗排沙效果测量参考断面；

(6)选择离排沙漏斗工程以东150m处的排沙渠上设立6号断面，是本次测验耗水、排沙总量控制断面。

喀什一级电站排沙漏斗工程悬移质泥沙测验断面布设见图1所示。

图1 喀什一级电站排沙漏斗工程悬移质泥沙测验断面平面布置

3 排沙漏斗悬移质泥沙测验成果

2012年6月至11月，喀什水文水资源勘测局对喀什一级电站排沙漏斗悬移质泥沙，按照选定的六处测验断面进行水量、悬移质泥沙含量、悬移质泥沙颗粒级配等大量测试工作，并对收集的原始资料、测试结果进行及时分析和合理性检查，并对最终结果作出评价。

3.1 水量和流量

本次测验参照1号断面，从6月1日至11月16日本次测验结束为止，共统计169天的来水量，水量为25.55×108m3。

喀什一级电站排沙漏斗工程2号断面，从6月1日至11月16日本次测验结束为止共引水169天，引水量为7.035×108m3；3号断面从6月1日至9月10日本次测验结束为止共引水102天，为4.045×108m3；6号断面为0.7605×108m3。

3.2 排沙漏斗的排沙耗水率

排沙漏斗排沙耗水率计算公式：

式中：K——排沙耗水率(%)；

q——排沙耗水流量(m3/s)；

Q——总引水流量(m3/s)。

总引水流量所指断面即2号断面，排沙耗水流量所指断面即6号断面。计算得到最大排沙耗水率为16.3%，最小排沙耗水率为15.5%，平均排沙耗水率为15.8%。与设计排沙耗水率指标相比偏大，其主要原因是观测期间排沙底孔使用的是1.25m的最大孔径，而非0.8m的孔径，造成排沙耗水量和排沙耗水率增大。

3.3 测验断面输沙率、含沙量分析

测验期间1号断面流量295m3/s～316m3/s，输沙率为838kg/s～4124kg/s，断面平均含沙量为7.02kg/m3～12.7kg/m3。

2号断面流量33.2m3/s～57.1m3/s，输沙率为12.0kg/s～594kg/s，断面平均含沙量为0.37kg/m3～11.0kg/m3。

3号断面流量在31.7m3/s～45.7m3/s，输沙率为11.6kg/s～180kg/s，断面平均含沙量为0.37kg/m3～4.08kg/m3。

4号断面平均含沙量为1.95kg/m3～2.95kg/m3。

5号断面平均含沙量为1.66kg/m3～3.75kg/m3。

6号断面流量8.01m3/s～8.94m3/s，输沙率为26.5kg/s～75.8kg/s，断面平均含沙量为3.00kg/m3～8.48kg/m3。

3.4 颗粒级配成果与分析

本次悬移质泥沙颗粒级配对6处断面的163个样品进行颗粒级配分析，最小粒径0.002mm，最大粒径2.00mmm。

通过1～6号断面泥沙颗粒的分析，细颗粒占多数，粒径为0.001mm～0.010mm的颗粒在每升水中占14.6%～89.6%；0.001mm～0.020mm的颗粒在每升水中占24.6%～98.2%；0.001mm～0.050mm的颗粒在每升水中占87.9%～98.6%；0.001mm～0.100mm的颗粒在每升水中占89.2%～99.9%；

1号断面粒径为0.001mm～0.010mm的颗粒在每升水中占71.0%，大于0.0100mm的颗粒在每升水中占29.0%。

2号断面粒径为0.001mm～0.010mm的颗粒在每升水中占59.5%，大于0.0100mm的颗粒在每升水中占40.5%。

3号断面粒径为0.001mm～0.010mm的颗粒在每升水中占69.8%，大于0.0100mm的颗粒在每升水中占30.2%。

4号断面粒径为0.001mm～0.010mm的颗粒在每升水中占57.3%，大于0.0100mm的颗粒在每升水中占42.7%。

5号断面粒径为0.001mm～0.010mm的颗粒在每升水中占55.8%，大于0.0100mm的颗粒在每升水中占44.2%。

6号断面粒径为0.001mm～0.010mm的颗粒在每升水中占52.1%，大于0.0100mm的颗粒在每升水中占47.9%。

各断面每升水中各级泥沙粒径所含百分比如表1至表6所示。

表1 1号断面每升水中各类粒径所含百分比 单位：%

表2 2号断面每升水中各类粒径所含百分比 单位：%

表3 3号断面每升水中各类粒径所含百分比 单位：%

表4 4号断面每升水中各类粒径所含百分比 单位：%

表5 5号断面每升水中各类粒径所含百分比 单位：%

表6 6号断面每升水中各类粒径所含百分比 单位：%

3.5 排沙漏斗的泥沙排除率

排沙漏斗泥沙排除率公式：

式中：Qs′△Pi′——下游断面输沙率与相应粒径级配的积；

Qs△Pi——上游断面输沙率与相应粒径级配的积。

根据实测的断面输沙率和泥沙颗粒级配数据，依据上述排沙漏斗泥沙排除率公式，计算出各断面各级颗粒泥沙的排除率。

根据3、4、5号断面各级粒径泥沙排除率，计算出各粒径区间泥沙排除率如表7所示。

表7 不同断面各粒径区间泥沙排除率 单位：%

4 水文测验成果评价

本次测验选择不同来水情况条件下，对六个断面共进行24个断面次的水文测验，并对163个泥沙样品进行颗粒级配分析，按照排沙漏斗工程技术要求与实测测验、分析结果进行评价。

4.1 排沙漏斗排沙耗水率评价

排沙漏斗最大排沙耗水率为16.3%，最小排沙耗水率为15.5%，平均排沙耗水率为15.8%，与设计排沙耗水率指标比偏大。其主要原因是观测期间排沙底孔使用的是1.25m的最大孔径，而非0.8m的孔径，造成排沙耗水率大于设计技术指标。

4.2 排沙漏斗的泥沙排除率评价

排沙漏斗对粒径0.001mm～0.005mm悬移质泥沙的排除率为62.3%，对粒径0.005mm～0.01mm悬移质泥沙的排除率为65.0%，对粒径0.01mm～0.05mm悬移质泥沙的排除率为65.7%，对粒径0.05mm～0.1mm悬移质泥沙的排除率为77.5%，对粒径0.1mm～0.25mm悬移质泥沙的排除率为83.6%，对粒径0.25mm～0.5mm悬移质泥沙的排除率为86.4%，对粒径0.5mm～1.0mm悬移质泥沙的排除率为94.4%～99.0%，对粒径0.25mm以上有害过机泥沙的综合排除率为94.9%。排沙漏斗的泥沙排除率均大于工程设计技术指标，符合所规定的设计技术标准。

5 结语

喀什一级电站引水渠上游是拦河大坝，粗颗粒泥沙基本上沉淀在坝前，但洪水期仍有部分粗颗粒泥沙没有沉淀而直接进入引水渠。修建了排沙漏斗工程以后，有效排除了进入引水渠的泥沙，对水利工程、水力发电等设施设备的危害程度大大减轻。同时，也减轻了对下游农林牧灌溉、引水式电站、工业及人畜饮水、水产养殖等的泥沙危害，提高了各类水电工程的防洪、灌溉、发电能力，降低了水力机械和水工建筑物的磨损，减少了工程造价和维修费用。

通过喀什一级电站的排沙漏斗的实地测验，有力地佐证了排沙漏斗可以处理100%的推移质泥沙，参照沉砂池的规范要求，可以完全满足水电站发电机组所允许的泥沙过机粒径要求，有效解决了水轮机及压力钢管的快速磨损问题。与常规的沉砂池相比，采用此排沙漏斗可以大幅度节省工程投资和减少排沙用水量，为克孜河上其它电站开发的泥沙处理提供了可靠的资料，也为其它多泥沙河流的取水排沙提供很好的借鉴例证。

〔1〕钱 宁.高含沙水流运动.北京：清华大学出版社，1989.

〔2〕张瑞瑾等.河流泥沙工程学.北京：水利出版社，1981.

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2095-1809(2015)04---0051-04