嚴寒地區(qū)引水式水電站設計和運行經(jīng)驗

胡興偉　宋連東

在我國眾多嚴寒地區(qū)中，西藏和新疆等地尤為突出，就西藏地區(qū)而言，晝夜溫差大，海拔較高，干濕季節(jié)分明?；诋?shù)氐淖匀画h(huán)境等因素，多選擇引水式水電站。引水式水電站工程簡易，工程造價低，水庫淹沒損失小，在良好的地形條件下，短距離能夠集中較大的落差。也正是由于引水式水電站的自身優(yōu)勢，被廣泛應用在嚴寒地區(qū)水利工程建設中，在實際應用中取得了較為可觀的成效，值得推廣應用。

一、引水式水電站設計概述

（一）引水樞紐的選擇

水利工程建設首先應結合當?shù)厮娬竟こ虒嶋H需要、當?shù)刈匀粭l件、影響工程質量因素以及其他管理因素進行綜合考慮。對于引水式水電站設計，更多的是對引水問題的考慮，渠道選址時盡量選在河床較穩(wěn)定的河段上，如果條件允許，可以將渠道位置選在泉水溢出帶下游，有助于引用上游分流泉水，一方面能夠有效增加發(fā)電水量，另一方面有助于提升水溫，便于冬季水電站的正常運行。在寒冷季節(jié)，如果河道上冰量較多，可以選擇合理的措施進行排冰，保證渠道排冰順暢。在對渠道型式選擇上，大多選擇正面泄洪、排沙，側面引水發(fā)電的攔河閘、壩混合式渠首，應注意水流方向，確保排冰、排沙與河道軸線一致，盡可能減少對周圍自然環(huán)境的破壞，實現(xiàn)水量消耗少、效果理想的目的?？偠灾ＷC足夠的引水量，才能夠最大程度降低水頭損失，便于施工。

在樞紐布置方面，由于西藏地區(qū)大部分為山區(qū)性河流，河流主要通過降水補給，其次為地下水和冰川融水。就西藏地區(qū)山區(qū)性河流特點，首部樞紐可以采用全閘布置，也可以采用閘、壩混合式布置方式。全閘布置的優(yōu)點是泄流能力大，建筑物較低，但閘門啟用頻繁，運行管理難度大，運行不靈活。閘、壩混合式布置運行靈活，投資較少，便于運行管理，安全性能可靠。就西藏地區(qū)水電站建設現(xiàn)狀而言多為引水式電站，在嚴寒季節(jié)運行較為困難，運行負荷無法滿足正常需求。因此在設計時，應結合實際地形，考慮選用具有日調節(jié)庫容的樞紐布置，這樣在嚴寒冬季運行時，電站能夠正常發(fā)電。

（二）引水渠道的設計

1.渠線選擇

在西藏等嚴寒地區(qū)，水電站設計需要結合當?shù)刈匀画h(huán)境以及工程實際需要，為了保證冬季水電站能夠順利排冰，應盡量將渠線選擇在河谷的陽坡，借助陽光提高水溫，減少河道結冰面積。嚴寒地區(qū)晝夜溫差大，適合耕種的土地面積較少，因此，在渠線選擇中應盡可能規(guī)避耕地，使渠尾前池以下形成坡度較大的地形，有助于充分利用集中落差。此外，渠線應保持筆直和順暢，若必須出現(xiàn)彎道時，應結合周圍地形采用暗渠或者隧洞引水，防止渠道占用耕地面積。與此同時，渠線宜布置在挖方段，不宜布置在填方段。

2.渠道斷面選擇

對于地面坡度較大，起伏程度較高的山丘，應選擇窄深式斷面，部分渠道可以加蓋板防止砂石掉入渠道中，能夠更好的防止渠道水熱量的流失，保持一定的恒溫，減少結冰面積。對于地勢較為平坦、地下水位較高的區(qū)域，有著綜合利用需求的渠道，應選擇寬淺式斷面。這種斷面有著較為突出的優(yōu)勢，若水渠沿線內有泉水，則將泉水引入渠道，提升渠道流量和溫度，減少結冰現(xiàn)象的發(fā)生。諸如在日喀則康馬水電站以及薩迦水電站，冬季水電站運行狀況良好。

（三）壓力前池

在選擇前池位置時，應盡量將前池放在較為穩(wěn)定的地基上，同時應規(guī)避滑坡或裂隙發(fā)育地區(qū)，全面考量對周圍建筑物造成的不良影響，防止沉降事故的發(fā)生。為了保障渠道水流平穩(wěn)進入前池，應考慮前池進水室中心線與引水渠中心線平行，從而保證水流通暢，減少水頭損失。

引水渠道在設計時應盡量避免出現(xiàn)彎道，若必須出現(xiàn)彎道，則宜在彎道終點與前池入口處設置分流導向設施。結合水電站設計需要，水流速度不能超過0.8m/s，有助于渠道中泥沙沉積，更好的排沙，阻擋冰塊或者砂石等物質堵塞壓力水管。在進水室前設擋冰版，能夠有效的阻擋冰塊進入，擋冰板需深入前池冬季最低水位以下50cm。

二、引水式電站的運行管理經(jīng)驗分析

我國嚴寒地區(qū)大多在11月份河道開始結冰，河道中的冰塊以及渠道中新生的冰塊，特別容易發(fā)生渠道堵塞。及時清除渠道中的冰渣，有助于保證渠道中水流順暢，但是在冬季期間，引水式電站需要注意一系列問題。其一，渠道中水流需要保持穩(wěn)定，水流可以適當加大，但不宜減少，防止渠道大面積結冰；其二，需充分發(fā)揮排冰閘的作用，阻止渠道中的冰塊進入壓力水道；使用機械回轉式攔污柵排冰方法，能夠更有效的阻止零散冰塊堵塞進水口。如果渠道中出現(xiàn)冰塊堵塞現(xiàn)象，可以從下游開始排出，必要情況下，可以采用小瓶裝的炸藥，對冰塊堵塞處進行爆破，疏通渠道。

三、結論

綜上所述，盡管嚴寒的氣候條件對電站設計造成了眾多阻礙，但是在設計中，只要結合工程實際需求和周邊自然環(huán)境，就能夠制定出更為科學合理的電站設計方案，并以此來健全和完善相應的運行管理制度，為我國嚴寒地區(qū)水電站正常運轉提供安全保障。

（作者單位：1.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司；2.西安渭北航空工業(yè)組團保障房開發(fā)有限公司）