關(guān)于水電站工程設(shè)計中的前池結(jié)構(gòu)及布置探討

王樹東

吉林省長春市農(nóng)安縣水利勘測設(shè)計中心

關(guān)于水電站工程設(shè)計中的前池結(jié)構(gòu)及布置探討

王樹東

吉林省長春市農(nóng)安縣水利勘測設(shè)計中心

水電站作為我國水電事業(yè)重要的建設(shè)工程，對于提供電力資源、解決電力供需矛盾具有重要意義。水電站工程的主要構(gòu)件設(shè)計的是否合理，將會直接影響到水電站的能否有效運行。而前池是水電站的重要構(gòu)件之一，因此，水電站工程中的前池設(shè)計對于水電站設(shè)計工作的順利開展具有重要影響。水電站前池的結(jié)構(gòu)和布置方面設(shè)計有很多問題需要探討。

水電站工程；前池結(jié)構(gòu)；布置

隨著市場經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，社會生產(chǎn)力的不斷發(fā)展進步，人們生產(chǎn)生活中對電力資源的需求也逐步上升。電力資源供不應(yīng)求的矛盾已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)在現(xiàn)代社會中，電力工作在現(xiàn)代化的建設(shè)中占據(jù)重要地位。保證電力工作的順利進行，水電站作為重要的發(fā)電工程，對于促進電力系統(tǒng)的正常運行、便利人們的生產(chǎn)生活、保障國民經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展，具有重要意義。因而加強水電站的設(shè)計工作就顯得尤為必要，要將水電站的工程設(shè)計好，前池作為水電站的重要組成部分，對于發(fā)電站的正常運行具有重要影響。做好水電站工程前池的結(jié)構(gòu)及布置的設(shè)計工作，將會直接影響到水電站的發(fā)電供電功能。

1 水電站工程中前池的內(nèi)涵

壓力前池是指連接無壓引水道與壓力管道，為水輪機調(diào)節(jié)水量和水位、平穩(wěn)水流的水池。它設(shè)于水電站無壓引水道與壓力管道聯(lián)接處。并設(shè)有排除雜物、泄放棄水等設(shè)施。它由池身、壓力墻、壓力管道進水口、泄水道、排污、排砂、排冰道等組成，各建筑物視需要而設(shè)置，某些建筑物可結(jié)合使用，如排污、排冰及排沙道可共用一個陡槽。

壓力前池的池身要能容納一定的水體積，多利用有利地形，擴寬、加深形成。池身與引水道間設(shè)漸變段。壓力前池位置的選擇應(yīng)特別注意地基穩(wěn)定和滲漏條件。

在水電站設(shè)計時，都會根據(jù)水電站的功能要求，選擇設(shè)置一個合理的前池，這種做法對于水電站的平衡發(fā)電功能起到保障作用，同時對于水電站自身的安全穩(wěn)定運行起到良好的促進作用。因而需要對前池的結(jié)構(gòu)和布置進行詳細地分析研究，以確保前池結(jié)構(gòu)和布置能夠達到規(guī)范的標準及相關(guān)要求，為水電站的正常運行起到良好的輔助作用。

2 水電站工程中前池的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 前池在水電站工程中起到的具體作用

水電站自身的情況有所不同時，前池的結(jié)構(gòu)設(shè)計也將會有所差別，但是大部分水電站工程中前池的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計都是相似的。

壓力前池在水電站工程中具有如下作用：

(1)節(jié)水量。無壓引水道水流經(jīng)過壓力前池平穩(wěn)地分配到各壓力管道。當機組出力增加時，從前池補充水量。當出力減小時，前池可容納多余的水量。它一般具有日調(diào)節(jié)功能。

(2)穩(wěn)水流。當水電站減負荷時，流入壓力管道的流量將發(fā)生急劇減少，利用壓力前池的容積和設(shè)有的溢流設(shè)施，能迅速消滅涌浪，平穩(wěn)水流，故它又稱平水池。

(3)設(shè)置閘門保證事故關(guān)閉和檢修。在壓力墻內(nèi)設(shè)壓力管道進水口，進水口設(shè)事故閘門、檢修閘門、通氣孔和啟門設(shè)備。在事故情況下，事故閘門可緊急關(guān)閉。通氣孔向壓力管道中補氣，避免管道內(nèi)形成真空。

(4)排除污物、冰凌和泥沙。壓力管道進水口設(shè)攔污柵及清污設(shè)備，以清除從渠道流來的漂浮物。并可在壓力管道進水口附近設(shè)排污道。由于壓力前池中流速低，具有一定的沉沙作用，沉沙可用排沙廊道排出。排沙廊道宜設(shè)置在壓力管道進水口下面，以利水流推動泥沙進入廊道。

(5)保證電站下游用水。在電站停止運行時，為保證電站下游用水，需設(shè)置泄水道，在堰后設(shè)置泄水陡槽。對于引水式電站來說，前池能夠起到“承前啟后”的作用，是一種具有過渡性功能的建筑物。在這類水電站之中，形成前池，通常需要在引水渠(或無壓隧洞)的末端加深渠底，擴大渠道(或無壓隧洞)的斷面尺寸。在引水渠(或無壓隧洞)的末端設(shè)置前室、進水室、溢流堰、沖砂閘、泄水渠等建筑物，使得前池具有調(diào)節(jié)流量的一定容積。同時這種前池的結(jié)構(gòu)對于水電站減緩流速、攔阻雜物、調(diào)節(jié)水量、平穩(wěn)水頭、減少水位的波動具有重要作用。

2.2 前池的結(jié)構(gòu)設(shè)計

進行水電站前池設(shè)計時，主要考慮前池對電站發(fā)電時的調(diào)節(jié)功能。在前池結(jié)構(gòu)設(shè)計時，宜采用水利條件較好的正向進水方式，側(cè)向進行溢流和排沙。

水電站的前池結(jié)構(gòu)主要由擴散段、池身、進水室、溢流堰、沖沙閘室、沖砂泄水道等部分組成。水電站工程中的前池必須保證進水口水流的平順，且流速要保持分布均勻的狀態(tài)，不能形成回流或者集中的底流，為了達到這個目標，電站在設(shè)計時宜采用進水口中心線與引水渠道中心線相重合的措施。前池的結(jié)構(gòu)設(shè)計中還需要有重要的舉措來防止水流出現(xiàn)渦流的現(xiàn)象發(fā)生，保證水流能夠均勻擴散，通常在前池進口用漸變段和上游渠道采用對稱擴散的形式，需要保證單側(cè)擴散角不宜超過12°。前池的池身段結(jié)構(gòu)宜采用平順直段的形式，池身長時宜采用分縫的結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)分縫處設(shè)一道橡膠止水帶，并在底部設(shè)置排水盲溝，各條溝匯集到較低的沖沙閘處，池水隨著沖沙陡槽引出，以達到防止池水滲入到基礎(chǔ)上，造成基礎(chǔ)軟化引起滑動的目的。

3 水電站工程中前池的布置設(shè)計

在選擇前池的布置區(qū)域時，要綜合考慮水電站的各種情況及總體布置，尤其要對水電站的周圍地理環(huán)境、氣候環(huán)境進行全面考察，進而選擇一個合理的區(qū)域進行前池的布置。

為了保證前池能夠起到對水電站的調(diào)節(jié)作用和保障其自身的安全性能，一般選擇將水電站工程中的前池布置在地形較為平緩、山坡較為穩(wěn)定的山脊的天然地基之上，盡可能地避開滑坡和順坡裂隙的發(fā)育地段，同時在進行前池的布置時，還需要充分注意到前池建成之后水文地質(zhì)條件的變化影響周圍建筑物以及高邊坡穩(wěn)定的不利情形，以求確保前池和下游廠房的安全。合理選擇布置前池的區(qū)域，對于充分發(fā)揮前池對水電站的綜合效用具有重要意義，同時還能對當?shù)氐乃沫h(huán)境起到一定的調(diào)節(jié)作用，更好維護周圍的生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié)語

社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)對電力資源的需求也在逐步上升，想要滿足人們生產(chǎn)生活中對于電力資源的需求，解決現(xiàn)實社會中存在的電力供需矛盾，就需要提高電力企業(yè)的供電能力，增強水電站自身的發(fā)電能力。水電站的最終目的是為社會、為人民提供良好的電力資源，因而保障水電站發(fā)電工作的正常有效運行，就成為眾多水電工作者一直在探索和思考的問題。實踐表明，水電站的結(jié)構(gòu)設(shè)施直接影響到了水電站的發(fā)電功能，因此，前池結(jié)構(gòu)及布置設(shè)計工作做好，會對水電站發(fā)電效益的提升起到重要的保障作用。