浅析呼图壁青年渠首二级电站设计

刘建军

【摘要】本文首先对呼图壁青年渠首二级电站工程布置进行了分析，然后进一步探究该电站的设计方案分析和比较，进而提出以下内容。

【关键词】电站设计；工程布置；分析

引言：呼图壁河青年渠首二级水电站位于呼图壁县境内的呼图壁河青年渠首下游约2.8km处。引水口位于一级电站尾水渠下游约0.3km处，地理坐标：东经86°48′55″，北纬44°03′30°，二级电站为径流引水式电站，引水口、厂址相距约1.7km，厂址距县城19km。电站厂房布置在呼图壁河右岸的Ⅲ级阶地上，县级公路从厂区东侧通过。本电站设计水头15.61m，装机容量4200kw，设计引水发电流量为30m3/s。二级电站由引水系统和厂区建筑物等组成。

1.工程布置

工区地貌上处于呼图壁河右岸Ⅰ～Ⅲ级阶地上，Ⅰ级阶地呈条带状分布，地面高程737～756m，阶面略倾向河床，Ⅲ级阶地地形较平坦开阔，地面高程746～769m，与Ⅰ级阶地高差约10～15m，阶坡较陡，坡度多在50～80°，部分地段呈直立状，坡脚处多被塌落体堆积。建筑物沿线地层岩性主要为第四系低液限粉土及卵砾石层，低液限粉土层厚0.5～1.2m，卵砾石层分布于Ⅰ级阶地表层或位于粉土层下部。

电站主要由引水渠、压力前池，压力钢管、发电厂房及尾水渠等建筑物组成。

引水渠接一级电站尾水渠分水闸，引水渠总长1.426km，引水渠桩号0+000～0+150段布置在青年干渠右岸Ⅰ～Ⅱ阶地上，0+150～0+890段布置在青年干渠右岸Ⅲ阶地上，此段渠道为挖方渠道，最大挖方深度约14.55m，0+890～1+426.09段布置在青年干渠右岸Ⅲ阶地上，此段渠道为填方渠道，最大填方深度约5.3m，引水渠采用0.15m厚的砼板衬砌，梯形断面，渠道边坡1：1.5，引水渠两岸永久开挖边坡1：1.5，填方边坡1：2～1：2.25。渠道右岸为4.0m宽的永久伴渠交通道路，左岸堤宽3.0m，引水渠设计流量为30m3/s，加大流量为33m3/s。

2.呼图壁青年渠首二级电站工程设计方案比选

2.1引水渠线路选择设计

青年渠首二级水电站采用径流引水式，首部引水建筑物布置在一级水电站尾水渠下游0.3km处，一级电站的尾水建筑物位于青年干渠与右岸交通公路之间，并右岸有石梯子高压输电线路通过，青年干渠与交通道路距离约270m，地形为Ⅰ～Ⅲ阶地，二级电站引水渠接一级电站尾水分水闸，引水渠桩号0+000～0+150段布置在青年干渠右岸Ⅰ～Ⅱ阶地上，地面高程753～757m，引水渠桩号0+150～0+890段布置在青年干渠右岸Ⅲ阶地上，地面高程768.5～752.7m，渠道轴线距离青年干渠约40m，此段渠道为挖方渠道，0+890～1+426.09段布置在青年干渠右岸Ⅲ阶地上，地面高程752.7～747.0m，渠道轴线距离青年干渠約50m，此段渠道为填方渠道。根据厂区的地质条件，沿线地层岩性主要为第四系低液限粉土及卵砾石层，地质条件较好。

由于二级水电站引水渠渠线左岸有青年干渠及呼图壁城市供水管道通过，右岸有石梯子高压输电线路及交通道路通过，渠线左、右岸调整范围距离不足50m，可供选择的渠线较少，因此，本次设计引水渠线不在进行比较选择，根据一级电站尾水渠的位置，自一级电站的尾水渠沿青年干渠的右岸布置二级电站的引水渠渠线。引水渠渠线总长1.426km。

2.2 引水建筑物型式比选设计

引水建筑物工程区地貌上处于呼图壁河右岸Ⅰ～Ⅲ级阶地上，Ⅰ级阶地呈条带状分布，地面高程737～756m，阶面略倾向河床，Ⅲ级阶地地形较平坦开阔，地面高程746～769m，与Ⅰ级阶地高差约10～15m，阶坡较陡，坡度多在50～80°，部分地段呈直立状，坡脚处多被塌落体堆积。建筑物沿线地层岩性主要为第四系低液限粉土及卵砾石层，低液限粉土层厚0.5～1.2m，卵砾石层分布于Ⅰ级阶地表层或位于粉土层下部。

青年渠首二级水电站采用径流引水式，输水建筑物采用渠道或管道的型式，电站设计引水流量30m3/s，管道管径属大管径管材，可选用的管材品种有PCCP管、玻璃钢管道、球墨铸铁管和钢管等管材，从目前市场生产情况、使用寿命、运行安全以及本工程实际地质条件等特点，最后选择引水建筑物采用引水渠道、PCCP预应力钢筒混凝土管及玻璃钢管三种引水方案从地质条件、枢纽布置、施工条件、运行条件、工程投资和动能指标等方面进行比较。

三种输水建筑物型式，引水渠方案压力前池布置在渠道末端，前池下游接压力钢管，压力钢管末端接电站厂房，PCCP预应力钢筒混凝土管和玻璃钢管方案压力前池布置在引水口末端，前池末端接PCCP预应力钢筒混凝土管或玻璃钢管，管道末端与电站厂房相接，三种方案机组台数相同，尾水渠及尾水建筑物相同，三种引水建筑物方案的发电厂房、尾水渠及尾水建筑物布置相同，因此，发电厂房、尾水渠及尾水建筑物不参与引水建筑物的比选。

3.对引水渠道设计

3.1引水渠道设计

根据一级电站尾水位置，引水建筑物布置青年干渠的右岸，根据地形情况，引水渠建筑物避免大的填、挖方，布置在Ⅰ级阶地上，由于引水渠渠线左岸为城市供水管道，右岸为石梯子高压输电线路，引水渠布置在青年干渠右岸Ⅱ～Ⅲ级阶地上。分水闸后接引水渠，渠长1.426km。引水渠设计流量为30m3/s，加大流量为33m3/s。

引水渠（桩号0+000～1+426）：分水闸后接引水渠，引水渠长1.426km，为提高发电水头，渠道纵坡较缓，但不影响一级电站尾水位，一级电站发电水头，通过渠道水力计算，渠道采用梯形明渠，引水渠底宽8.0m，边坡1：1.5，渠道桩号0+000～1+026.09段渠高2.6m，渠道纵坡i=0.00052，渠道桩号1+026.09～1+426.09段根据前池水力计算及前池边墙高程的确定，此段渠道边墙高程同前池边墙高程为755.5m，渠道纵坡i=0.001，渠道边坡及底板采用厚0.15m砼板衬砌，渠道基础座在砂砾石基础上。引水渠后接压力前池。

3.2水力计算

引水渠水力计算，引水渠为明渠均匀流，引水渠设计流量为30m3/s，最大引水流量为33m3/s，按照明渠均匀流计算公式计算：

Q=A·C·

式中：Q-渠道设计流量；

A-渠道过水断面面积： A=（B+M·H）·H；

B-渠道底宽（m）；

M-边坡系数，本工程取m=1：1.5；

H-水深（m）；

R-水力半径，R=A/[B+2H· ]；

i-水力坡降，即渠底纵坡；

C-谢才系数，C=1/（n·R1/6）；

n-渠床糙率。

渠道桩号0+000～1+026.09段渠高2.6m，渠道桩号1+026.09～1+426.09段根据前池水力计算及前池边墙高程的确定，此段渠道边墙高程同前池边墙高程为755.5m。

3.3压力前池设计

前池分前室，进水室，溢水道，总长40m。其设计发电流量30m3/s，最小发电流量10m3/s；前池最大过水流量33m3/s，最低水位752.61m，正常水位754.03m，最高水位755.11m。为保证建筑物的稳定，前池布置右岸Ⅲ阶地上，基础座落在砂砾石大填方平台上，其后接压力管道。压力钢管倾角为6.2°。

总结：通过分析可知，目前在建设青年渠首及青年渠首一级电站的同时建设青年渠首二级水电站是切实可行的、是有必要的。

参考文献

[1]李怀蓉. 电站设计中电站参数及水轮机参数合理选择[J]. 水利建设与管理，2012，

[2]陈华平. 主电站设计及原动机选型探讨[J]. 中国海上油气.工程，2000，