橋溝電站引水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

樊小發(fā)，盧玲

黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003

1 工程概況

橋溝電站位于西溝電站下游、橋溝河的右岸灘地之上，距離其上游的西溝電站約650m。電站充分利用上游西溝電站尾水位與大河河道正常尾水位之間將近20m的水位落差，最大限度的開發(fā)清潔能源，同時(shí)改善橋溝河口區(qū)域生態(tài)環(huán)境、減少水流對(duì)河床沖刷的不利影響，可視為西溝電站的梯級(jí)開發(fā)電站。電站額定水頭為19.20m，單機(jī)流量為15.85m3/s，裝機(jī)規(guī)模為2×2.5MW。橋溝電站工程等別屬V等、?。?）型，永久性水工建筑物（如引水道、廠房）級(jí)別為5級(jí)。

電站為引水式電站，采用一管兩機(jī)布置方式，工程主要由擋水閘、引水渠道、進(jìn)水前池、電站廠房、尾水建筑物、電站防洪設(shè)施等建筑物組成[1][2]。

2 工程地形地質(zhì)

橋溝電站地區(qū)的地貌，按其形態(tài)特征、形成過程及第四系的沉積特征，可劃歸為侵蝕堆積區(qū)的準(zhǔn)平原化上升亞區(qū)。其特點(diǎn)為河谷開闊，呈不對(duì)稱形U型河谷，階地發(fā)育不全。河谷兩岸谷坡多有基巖出露，并發(fā)育了一些短淺的沖溝、河澗，地形高差較小。電站沿橋溝河右岸布置，所在處地形為低山溝谷區(qū)，地面高程135m～165m，兩岸山體坡度30°左右。

橋溝電站位于中條山、王屋山南麓，崤山東北余支的北坡，為典型的華北地層。發(fā)電引水管線除部分壓力鋼管斜管段和下平段穿越T16基巖地層外，其余管線基礎(chǔ)坐落在第四系全新統(tǒng)地層上，巖性主要以近代河流沖積砂、卵石、粉細(xì)砂、壤土為主，部分線路基礎(chǔ)以人工棄渣為主，主要以塊石、碎石及壤土為主。斜管段和下平段穿越第四系地層和T16粉砂巖、砂巖地層， T16巖組巖性以棕紅、磚紅色泥質(zhì)粉砂巖為主，夾鈣質(zhì)細(xì)砂巖，在自然條件下該巖石極易風(fēng)化，在基礎(chǔ)開挖過程中預(yù)留保護(hù)層。

3 引水管路結(jié)構(gòu)形式方案比選

引水系統(tǒng)方案比選的原則為水頭損失盡可能小，節(jié)省引水系統(tǒng)投資，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響小[3][4]。

方案一：壓力鋼管方案：發(fā)電引水系統(tǒng)由電站進(jìn)水口、壓力引水管、前池以及壓力管道組成，壓力引水管道采用淺埋壓力鋼管形式，為不影響橋溝河的正常泄洪，設(shè)計(jì)考慮將壓力鋼管埋設(shè)在橋溝河底部，管線靠橋溝河右岸布置。

方案二：明流引水渠方案：引水系統(tǒng)由引水渠進(jìn)水口、引水渠、進(jìn)水前池以及壓力管道組成，引水渠為箱型混凝土結(jié)構(gòu)，沿著橋溝河右岸布置（見圖1）。

兩個(gè)方案在技術(shù)上都可行，都能達(dá)到引水發(fā)電的目的，洞線布置也基本一致。方案一中，壓力鋼管直接從廠家定制，現(xiàn)場(chǎng)施工方便，鋼管全部埋在地下，施工完成后能回填至原來地面高程，恢復(fù)原有景觀，但是管內(nèi)流速較大，水頭損失大，沿程損失與局部損失總和達(dá)到1.91m，另外鋼管造價(jià)高，工程投資大。方案二渠內(nèi)流速低，水頭損失小，水頭損失總和為0.8m，缺點(diǎn)是靠近前池部分渠頂高出地面高程，對(duì)景觀會(huì)造成一定影響，需要做后期處理。

經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較，把方案二作為推薦方案。

4 引水系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)

引水系統(tǒng)主要建筑物包括擋水閘、引水渠進(jìn)水口、引水渠、前池和壓力管道等[5]。

（1）擋水閘

擋水閘布置于西溝與橋溝交叉口、西溝電站尾水渠末端，閘門采用翻板閘門，單孔布置，孔口寬17m，邊墩厚2m，閘總寬21m，長10m。閘進(jìn)口底板高程為152.81m，與西溝電站尾水渠末端同高，閘后采用1:5反坡與橋溝河床連接。閘頂考慮一定的防浪超高，并與西溝電站進(jìn)場(chǎng)公路高程協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)高程159.00m。擋水閘兼排沙閘以及西溝泄洪閘。

（2）引水渠進(jìn)水口

進(jìn)水口布置于擋水閘右側(cè)，與擋水閘成24°角，采用正面沖沙，側(cè)面進(jìn)水方式布置,進(jìn)水閘上游布置有擋砂坎。進(jìn)水閘閘門采用平板閘門，雙孔布置，每孔寬5m，邊墩厚1m，中墩厚1.5m，閘總寬13.50m，長4m，進(jìn)水閘底板高程為152.81m。閘室布置有事故閘門，孔口尺寸5m×3.3m（寬×高）。閘頂高程為159.00m，閘頂設(shè)啟閉機(jī)室，內(nèi)設(shè)固定式啟閉機(jī)。

圖1 方案二引水系統(tǒng)平面布置圖

（3）引水渠

引水渠為箱型混凝土結(jié)構(gòu)，凈寬5m，凈高4.05m，縱坡i=0.0005，全長440m，渠首底板高程為151.16m，末端為150.94m，引水渠布置在橋溝河右岸，進(jìn)口通過15m長、縱坡為i＝0.11的漸變段與引水渠進(jìn)水口連接，出口通過前池與電站進(jìn)水口銜接。渠內(nèi)最大設(shè)計(jì)流量33m3/s，水深為3.28m，流速為2.02m/s。

（4）前池

前池布置于電站廠房上游約50m處，包括連接段、池身、沖沙閘和電站進(jìn)水口。連接段連接引水渠和池身，長22m，進(jìn)口寬5.00m，出口寬14.00m。在平面上采用對(duì)稱擴(kuò)展，擴(kuò)展角為11.56°，立面上以斜坡與池身底板連接，進(jìn)口底部高程為150.94m，出口高程148.00m。池身長24m，寬14m，底板高程為148.50m，池壁頂高156.00m，設(shè)計(jì)正常水位154.21m。為排泄機(jī)組突然停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的大量棄水，在前池左側(cè)布置溢流堰，堰頂高程154.40m，溢流堰寬22m，溢流堰下游設(shè)泄水槽，棄水經(jīng)泄水槽匯集后，排入橋溝河。

沖沙閘與前池側(cè)堰并排布置，位于側(cè)堰下游，閘門采用平板閘門，單孔布置，孔口寬2m，邊墩厚1m，閘總寬4m。閘進(jìn)口底板高程為148.00m，

電站進(jìn)水口采用一機(jī)一管布置，共設(shè)兩個(gè)進(jìn)水口，底板高程148.50m，寬14.00m，長5.00m，布置有攔污柵和快速閘門，攔污柵孔口尺寸為3.50m×6.50m，快速閘門孔口尺寸為3.50m×2.50m，閘頂高程156.00m，布置有閘門啟閉設(shè)備。

（5）壓力管道

壓力管道采用淺埋壓力鋼管型式，連接前池和電站廠房，鋼管總長50m，直徑2.5m，管內(nèi)流速3.02m/s。

5 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)通過優(yōu)化引水系統(tǒng)空間布局和管路結(jié)構(gòu)型式，達(dá)到了減少水頭損失、降低工程投資的目的。通過實(shí)施后期環(huán)境保護(hù)措施，有效降低引水系統(tǒng)建設(shè)對(duì)周圍環(huán)境造成的不利影響。電站首臺(tái)機(jī)組于2012年1月5日并網(wǎng)發(fā)電，引水系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

[1]曾冬梅，潘君燕，倪龍等.石城子二級(jí)電站引水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].陜西水利，2013（1）：97-98

[2]張東.小水池水電站壓力引水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].甘肅水利水電技術(shù)，2006，42（3）：215-216

[3]李水瀧, 姜新忠.水坑水電站發(fā)電引水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].浙江水利科技，2005（3）：37-39

[4]魏剛文.舟壩水電站引水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].水電站設(shè)計(jì)，2011，27（2）：22-24

[5]鐵朝虎，要?jiǎng)?chuàng)，黨超軍.呼和浩特抽水蓄能電站引水系統(tǒng)開挖研究[J].水利水電技術(shù)，2012，43（11）：58-61