大藤峽水利工程取消廠房排沙洞的可行性研究

付 欣，張小濤，鄭 軍，張曉峰

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021；2.錦州市凌河保護區(qū)管理局，遼寧 錦州 121000）

大藤峽水利工程取消廠房排沙洞的可行性研究

付 欣1，張小濤1，鄭 軍1，張曉峰2

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021；2.錦州市凌河保護區(qū)管理局，遼寧 錦州 121000）

大藤峽水利樞紐位于珠江流域西江水系黔江河段大藤峽峽谷出口處，采用河床式兩岸廠房布置。隨著初設階段工作的深入，決定取消廠房排沙洞。取消排沙洞可大幅節(jié)省工程量及投資，減少施工干擾，有利于保證工程順利實施。

大藤峽水利工程；河床式廠房；排沙洞;可行性研究

1 工程概況

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系黔江河段大藤峽峽谷出口處，下距廣西桂平市黔江彩虹橋 6.6km。樞紐建筑物主要包括泄水、發(fā)電、通航、擋水、灌溉取水口、過魚建筑物等。大藤峽電站采用河床式兩岸廠房布置，其中左岸廠房裝機 3臺，右岸廠房裝機 5臺。

2 可研階段廠房排沙洞設計

大藤峽水利樞紐工程從 1959 年輪廓性規(guī)劃提出至今已 50 多年，中水公司東北院從 1982 年開始對大藤峽工程進行規(guī)劃設計，當時紅水河及柳江上的梯級電站均未開工建設，考慮上述兩條河流的泥沙問題，在廠房機組段每臺機蝸殼 1、4 象限下部設有一條機組排沙洞，因此可研設計階段沿用了以往在主機間設置排沙洞的做法。

3 工程泥沙狀況分析

紅水河泥沙是黔江干流的主要泥沙來源，而紅水河泥沙又主要來自龍灘壩址以上。紅水河梯級電站中以龍灘水庫庫容最大，對泥沙的攔蓄作用最強，龍灘水庫建成運行后，將會攔蓄大量泥沙，使大藤峽水庫入庫泥沙明顯減少。龍灘水庫以下巖灘、大化、百龍灘、樂灘等紅水河梯級電站調節(jié)能力相對較小，雖然也會攔蓄部分泥沙，但對大水大沙年攔沙作用很小。

大藤峽水庫懸移質入庫輸沙量由龍灘出庫、龍灘～遷江區(qū)間、柳江柳州站、洛清江對亭站、柳州站和對亭站以下匯入柳江、黔江區(qū)間沙量、遷江以下匯入紅水河區(qū)間沙量共六部分沙量組成。經計算，多年平均懸移質入庫輸沙量為 1610×104t，多年平均推移質入庫輸沙量為 74.5×104t，多年平均總入庫輸沙量為 1684.5×104t。

根據(jù)《水利水電工程泥沙設計規(guī)范》條文說明5.1 節(jié)內容，庫沙比是判別水庫泥沙問題嚴重與否的一個重要指標，庫沙比的計算公式：（式中 Kt為庫沙比值，V 為水庫正常蓄水位以下原始庫容，Ws為入庫多年平均總輸沙量）。經計算大藤峽水利樞紐工程庫沙比 Kt為 250，當 Kt＞100 時，可視為泥沙問題不嚴重，故該工程泥沙問題不嚴重。

4 取消廠房排沙洞的可行性

1）工程布置的可行性。泥沙淤積高程是水工建筑物設計中重要參數(shù)之一。該工程泥沙設計基準期為 50 年。根據(jù)樞紐布置情況，主壩泄水閘前緣河床均清理至高程 22.00m，水庫運行 50 年后壩址左岸最大淤積高程為 25.87m，右岸為 25.64m。而左岸廠房進水前池及進水渠導墻高程為30.00m，右岸廠房前攔沙坎頂高程為 26.00m，均可擋住淤沙。同時根據(jù)大藤峽樞紐布置，兩岸廠房間共布置有 21個泄水低孔，只為排漂布置了 2個泄水高孔，從布置上看十分有利于電站的泄洪排沙。

2）機組磨損的要求。造成水輪機磨損的因素有很多，其中過機泥沙含量及持續(xù)時間、泥沙粒徑、泥沙礦物成分和顆粒形狀等因素與水輪機磨損有直接關系。

參考《小型水輪機磨蝕防護導則》（征求意見稿）6.0.2 條關于水輪機磨損程度的評價，對該工程水輪機的磨損程度進行初步判別，具體見圖 1。

圖1 水輪機磨損程度初步判別條件圖

圖 1 的橫、縱坐標，分別為河流多年平均含沙量 Sp 與水輪機設計水頭 Hr，A，B，C 區(qū)分別對應為磨損嚴重區(qū)、磨損中等區(qū)、磨損較輕區(qū)。大藤峽水利樞紐工程水輪機設計水頭為 25m，水庫運行50 年后過機平均含沙量為 0.125kg/m3。查圖 1 可知，水輪機磨損程度屬于 C 區(qū)，即磨損較輕區(qū)。

一般認為，進入水輪機有害粒徑 d≥0.05mm的，含沙量小于 0.2kg/m3時水輪機葉片可不進行特殊抗磨處理。水庫運行 50 年內過機粒徑 d≥0.05mm 的最大平均含沙量為 0.021mm。說明電站運用 50年內過機泥沙有害粒徑含量滿足要求。同時機組關閉時，壩前起動泥沙最大粒徑為 0.012 mm，小于 0.05mm，不屬于有害粒徑范圍，故對水輪機影響較小。

過機水流的泥沙特性,直接影響水輪機的磨損程度。大藤峽泥沙的礦物中磨損的硬顆粒主要是石英和長石（莫氏硬度分別為 6.81 和 6.58），因此為防止這部分泥沙對水輪機的磨損破壞,水輪機部件的材料的莫氏硬度應大于7。不同的粒徑及顆粒形狀對磨損的程度也不同。對大藤峽的過機泥沙，d= 0.1～1.0mm 的部分，只占總含沙量的 6.6% ，即大顆粒的泥沙只占很小一部分,磨損的程度較小。

通過樞紐建筑物的合理布置，可保證大藤峽兩岸電站廠房進水口前泥沙始終處于低位運行,同時考慮大藤峽上游已建工程對泥沙的攔蓄作用，只要保證水輪機工藝結構和制造質量，采取適當?shù)谋Ｗo措施，過機泥沙將不會對水輪機造成較大危害。故取消廠房排沙洞時完全可行的,后期將通過水工模型試驗對泄洪低孔排沙效果進行驗證。

5 結語

通過取消排沙洞，可將廠房進水口底板可抬高 10m 左右；廠房水下部分寬度將減少 2m 左右；進水渠渠底開挖將大大減??；排沙洞 16 套閘門及啟閉設備得以取消?？傮w工程量及投資可得到大幅節(jié)省。同時取消排沙洞使得廠房結構得到簡化，減少施工干擾,有利于保證工程順利實施,對于保證工期也有重要意義。

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