四川清和水利水电工程设计有限公司（四川 成都 610000）
摘要：我国有非常典型的大陆季风气候，降水量集中，加之我国地势西高东低，境内崇山峻岭、河流纵横交错，拥有非常丰富的水力资源，近几十年来国内水利发电技术不断发展和成熟，随着长江山峡水电站的兴建和投产使用，标志着我国水利事业进入了一个全新的发展局面，但是泥沙对水电站的危害问题，成为限制水利发电事业进一步深入发展的重要因素。本文将以泥沙对河坝引水式水电站的危害作为切入点，结合笔者多年对引水防沙系统的深入研究，简要论述河坝引水式水电站引水防沙的优化设计方案，希望能为同行提供相关有益参考。
关键词： 河坝引水式水电站；引水防沙；优化设计方案
引水式水电站多建于河湾、相邻两河河床高程相差较大或自河流坡降较陡、落差比较集中的河段，这些地区可利用坡降平缓的引水道引水，并与天然水面形成的落差需符合落差发电要求。我国境内大多河流都为山区河流，落差大，河水流势猛、泥沙含量大，例如最为典型的母亲河—黄河，政府每年为了黄河的治沙问题都需要投入大量的人力、物力和财力。泥沙问题目前已成为国内各引水式水电站正常运作的最普遍问题，尤其是一些低闸引水开发式电站，由于水流动力势能大、库小沙多、泥沙沉降量大，危害更为严重，因此引水式水电站枢纽优化设计的关键就是防沙、排沙。
一、河坝引水式水电站的相关简介
自河流坡降较陡、落差相对较大或集中的河段，利用河坝实现蓄水、提高水位，使坡降平缓的引水道引水与天然水面形成符合要求的落差（水头）发电的水电站，即引水式水电站[1]。水电站装机容量由水头和流量的大小来确定，引水式水电站有有压引水式（图2）、无压引水式 (图1) 两种。有压引水式的引水道一般为压力管道、隧洞等，无压引水式的引水道一般为渡槽、无压隧洞、明渠等。
国内引水式水电站常见的泥沙问题主要有五点[2]：(1)通航河流水库变动回水区冲淤变化对航道的影响；(2)水库淤积、坝上下游引航道淤积、淤积末端上延；(3)电站进水口防沙、电站枢纽引水防沙； (4)坝下游河道冲刷、河床淤积抬高； (6) 过流建筑物、设备，如水轮机，受泥沙长期磨损。
二、河坝引水式水电站引水防沙优化设计——以蹇家湾水电站为例
（一）工程概况：蹇家湾水电站由挡水建筑物、厂区枢纽、引水系统三部分构成，建于任河干流上游，重庆市城口县龙田乡境内的蹇家湾附近，受地质、交通、经济条件的影响，电站取水口布置在主河道凸岸，输沙量较大，加之水库容量小，加速了泥沙淤积的速度，因此该站的首部枢纽，尤其是取水口引水流沙问题严峻，该水电站的实际概况详见下表1。
表1蹇家湾水电站工程概况
（二）蹇家湾水电站首部枢纽引水防沙优化设计方案
（1）引水防沙的关键问题分析
①任河泥沙含量大，而原设计方案中拉沙廊道设于岸边且截面尺寸仅为1.0×1.0m，冲沙底孔内流速≤0．2m／s，因此粗颗粒泥沙进入拉沙廊道后容易阻塞，丧失拉沙功能，急需增设导沙、拉沙设施，如导沙墙、冲沙底孔等，实行联合引水防沙[3]。
②蹇家湾水电站取水口位于电站凸岸，而首部枢纽受弯道环流影响，出现泥沙横向输移，即下层泥沙粒径较粗、含沙量大的水流向凸岸；上层泥沙粒径较细、含沙量小的水流向凹岸。因此泥沙淤积严重，凸岸治沙、排沙方案设计至关重要。
（2）引水防沙优化设计方案
①首部枢纽。蹇家湾水电站首部枢纽的主要建筑物有取水口、拦河闸坝、岸挡水坝段、沉沙池、引渠。采用侧向取水、正向泄洪排沙的布置形式。进水闸位于主河道凸岸，1孔排污闸，1孔大泄洪闸、2孔小冲沙闸，为第—道引水防沙防线。蹇家湾水电站在引渠后设捧沙道、拉沙廊道、截沙槽、沉沙池，拦截进入取水口的推移质，如悬移质粗沙，为第二道引水防沙防线[3]。
（2）引水防沙方案
①在闸坝右侧，电站取水口前沿增设一道顶部高程,为695—703m，长45m的阶梯式导沙墙（能增强结构整体的稳定性、改善喇叭口的水流流态、减少工程量），增设一4.2×5．2m(宽×高)的冲沙底孔，为进一步提升引水防沙效果，另增设一道高1.0×2.5m(宽×高)的进水门坎（拦截较细推移质），将进口底板原设计方案高程（701.5m）抬高3.5m，使电站取水口前沿水流顺畅，取水条件好，有效确保电站有充足的水量进行发电。
②汛期以流量（常年洪水平均流量520 m3／s，冶勒建成前80 m3／s，建成后45 m3／s）分界、划分高低水位运行，当入库流量＜分界流量时，坝前水位保持正常蓄水位720m，全开冲沙底孔，使推移质在库区落淤，多余流量再开启泄洪闸过流；当入库流量≥分界流量时，坝前水位仍保持正常蓄水位，以冲刷库区的前期淤积物，全开冲沙底孔，电站满发，开泄洪闸。非汛期水库进行日调节，运行水位与正常蓄水位相一致[4]。
③为确保粗粒径（≥0.25mm）泥沙的沉降率≥80％～85％，有效预防推移质进入取水口，使电站取水口前沿水流顺畅，有良好取水条件，汛期水库需不定期进行停机冲沙运行（当淤积三角洲推进至距工作段出口约80m时应冲沙），冲沙时采用双室（每室冲沙流量为17.5 m3／s）轮流冲洗，即停机一台进行冲沙。沉沙池中入池粗沙以三角洲形式淤积并向下游推进[5]。
（3）水库运行方式拟为：
①非汛期时，水库进行日调节，死水位与汛期限制水位、运行水位与正常蓄水位相一致。
②汛期时，运行水位为汛期限制水位（确保电站所需日调节库容且沉沙效果佳的水位），不定期停机敞泄冲沙，冲沙后水库运行水位仍为汛期限制水位。
（4）优化方案效果：通过阶梯式束水墙、冲沙底孔的综合防沙、拉沙，使电站进口前沿附近形成有效拉沙漏斗，粗颗粒泥沙得到有效控制，各级流量情况下，该电站取水口引水防沙效果均得到了较大提高，基本满足电站引水发电要求[6]。
结束语
综上所述，国内的引水式电站主要建于山区落差大且集中的河流上，多为卵石河床，复盖层厚，悬移质泥沙颗粒小且粗，由于河流水量大、比降大，尤其是汛期时推移质泥沙运动强度大，因此引水式水电站的输沙量相对庞大，首部枢纽需根据河流泥沙运动的基本理论，因地制宜依据自身特点，对所处河流泥沙特性、开发目标进行优化设计，选择实用可行的引水防沙措施（布置沉沙池、应用弯道环流、底拦栅、侧向取水、导沙坎等），才能妥善解决水电站引水防沙、漂浮物、水轮机磨损等问题。目前国内已修建了大量的引水式水电站，积累了不少引水防沙的经验和教训，但任需加大研究力度，使引水式水电站能更好的服务于社会。
参考文献：
[1]蒲云娟,聂瑞华,杨立锋等.塔坑水电站引水防沙设施试验研究[J].水电能源科学,2011,29(2):85-86,186.
[2]彭睿,聂锐华,张洋等.锦屏二级水电站进水口引水防沙模型试验研究[J].水力发电,2013,39(4):90-94.
[3]刘洋,尹崇清.水电站凸岸引水防沙试验研究[J].泥沙研究,2013,(4):50-54.
[4]黄维,陆欣,史彬等.江边水电站首部枢纽引水防沙设计研究[J].水力发电,2011,37(8):28-30.
[5]高改玉,张根广,郭红浩等.甘肃文县横丹水电站引水防沙试验研究[J].人民长江,2013,44(4):44-47.
[6]杨均芳.烟岗水电站进水口引水防沙方案选择[J].黑龙江水利科技,2013,12(1):142-143,147.
论文作者:颜清冬
论文发表刊物:《基层建设》2015年8期
论文发表时间:2015/11/5
标签：水电站论文; 泥沙论文; 水位论文; 电站论文; 汛期论文; 底孔论文; 枢纽论文; 《基层建设》2015年8期论文;