水電站進(jìn)水口排沙底孔的型式

水電站進(jìn)水口排沙底孔的型式1概述在多沙河流上，無論是高壩大庫的高水頭電站，還是低水頭河床式樞紐，電站進(jìn)水口的取水排沙歷來是水電工作者十分關(guān)注的問題。眾所周知，泥沙磨損對水輪機(jī)造成的破壞作用是非常嚴(yán)重的。為了減少粗沙（推移質(zhì)、躍移質(zhì)）過機(jī)，工程實踐中已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，不同類型的工程措施被成功地利用。主要措施有：（1）利用泥沙垂線分布上細(xì)下粗的特點，引取表層水流，底層含沙水流通過排沙底孔或利用導(dǎo)沙坎引向沖刷閘排出庫外；（2）利用彎道環(huán)流的水流特點，正面引水，側(cè)面排沙；（3）利用排沙廊道、截沙槽或沉沙池，通過人為制造的螺旋流排泄泥沙。對于高水頭樞紐，設(shè)置排沙底孔或泄洪排沙洞是減少粗沙過機(jī)的有效措施。排沙底孔一般布置在電站進(jìn)水口的下部，利用泄洪在電站進(jìn)水口前形成沖刷漏斗。沖刷漏斗越大，越有利于攔截粗沙，減少粗沙過機(jī)。對于低水頭河床式樞紐，排沙底孔布置在電站進(jìn)水口下部比較困難，布置在電站進(jìn)水口兩側(cè)，沖刷漏斗范圍較小，難以達(dá)到理想的排沙效果；因此一般多修建排沙廊道，利用廊道內(nèi)的螺旋流排泄泥沙。我們在對電站進(jìn)水口的排沙問題進(jìn)行泥沙模型試驗研究中認(rèn)識到，要提高排沙底孔的輸沙率，必須“束水攻沙”，由此提出了“格柵式排沙廊道＋排沙底孔”的組合型式（簡稱格柵式排沙底孔），即在電站進(jìn)水口前沿設(shè)置一道格柵式排沙廊道，排沙底孔與格柵式排沙廊道連通。當(dāng)排沙底孔泄洪排沙時，排沙底孔的進(jìn)水水流均勻分布于整個排沙廊道的上方。由于排沙廊道頂部格柵的作用，水流在排沙廊道內(nèi)及其周邊形成螺旋流或結(jié)構(gòu)紊亂的渦流，大大增強(qiáng)了水流的挾沙能力，使淤積在排沙廊道及周邊區(qū)域的泥沙迅速排空。為了驗證格柵式排沙底孔的適應(yīng)性，我們將這一型式應(yīng)用于另一水電站工程，同樣收到良好的排沙效果。2泥沙模型試驗成果介紹2.1A工程模型試驗成果A水電工程位于云南省金沙江一級支流碩多崗河，是以單一發(fā)電為開發(fā)目標(biāo)的引水式電站。工程所在河段屬多沙河流，壩址多年平均懸移質(zhì)輸沙量63.70萬t，推移質(zhì)輸沙量19.10萬t，推移質(zhì)重度γs=2.78t/m3，淤積干容重γs’＝1.60t/m3，中值粒徑d50=33.3mm，平均粒徑dpj=52.9mm。工程為混凝土重力閘壩（設(shè)有泄洪孔、排沙底孔、排污道），壩頂高程2471.40m，最大壩高34.4m。泄洪孔和排沙底孔尺寸為5.0m×3.50m（寬×高），進(jìn)口底板高程均為2442.00m。電站進(jìn)水口布置于壩前河道右側(cè)岸邊，發(fā)電引水流量28.2m3/s，進(jìn)口底板高程2449.50m。在電站進(jìn)水口前、排沙底孔進(jìn)口上游設(shè)置一道與底孔等寬的沖沙槽，長度35m。設(shè)置沖沙槽的主要目的是攔截泥沙，尤其是推移質(zhì)泥沙，當(dāng)泥沙橫向翻越導(dǎo)墻時淤積在沖沙槽內(nèi)，使電站進(jìn)水口與排沙底孔拉沙水流間形成一個隔斷，起到截沙槽的作用。工程樞紐布置見圖1。圖1A工程沖沙槽和排沙底孔布置圖原方案試驗成果表明，在“沖沙槽＋排沙底孔”的組合方案條件下，當(dāng)排沙底孔泄洪排沙時，電站進(jìn)水口區(qū)域的水流流速小，排沙能力弱，試驗觀測到?jīng)_刷漏斗發(fā)生壩0+00.0ｍ～壩0-10.0ｍ范圍以內(nèi)，進(jìn)水口前沿的泥沙不能排出庫外，不能達(dá)到“門前清”的沖刷效果。通過對多個方案的對比試驗，最終選定了“格柵式排沙廊道＋排沙底孔”的組合方案（見圖2）。該方案最突出的優(yōu)點是：由于合理地調(diào)整了格柵寬度、格柵間距、排沙廊道底坡等參數(shù)，使排沙底孔泄洪排沙時，排沙底孔的進(jìn)水水流均勻分布于整個排沙廊道的上方。在排沙廊道頂部格柵的作用下，水流在排沙廊道內(nèi)及其周邊形成螺旋流或結(jié)構(gòu)紊亂的渦流，大大增強(qiáng)了水流的挾沙能力，使淤積在排沙廊道及周邊區(qū)域的泥沙迅速排空，從而在電站進(jìn)水口前沿、格柵式排沙廊道區(qū)域內(nèi)形成一長條狀的沖刷漏斗。泥沙排空后的區(qū)域形成一個隔斷，起到了截沙槽的作用。試驗成果表明，在庫水位2457m，排沙底孔下泄流量150m3/s時，排沙廊道周邊的泥沙能在20分鐘內(nèi)排空(模型約4分鐘），沖刷漏斗的長度方向在壩0+00.0ｍ～壩0-35.0ｍ之間。與原“沖沙槽＋排沙底孔”方案相比，“格柵式排沙廊道＋排沙底孔”方案的水流挾沙能力更強(qiáng)、沖刷漏斗的范圍更大，達(dá)到了電站進(jìn)水口“門前清”的理想效果。圖2A工程格柵式排沙底孔布置圖2.2B工程模型試驗成果B水電工程位于云南省金沙江一級支流牛欄江，是以發(fā)電為主要的水電工程。壩址河段多年平均懸移質(zhì)輸沙量1209萬t，推移質(zhì)輸沙量190萬t，壩址懸移質(zhì)平均含沙量2.97㎏/m3。床沙干容重γs=2.56t/m3；Cs1斷面、Cs2斷面中值粒徑d50分別為19.0mm、14.0mm，平均粒徑dpｊ分別為19.7mm、16.7mm。電站首部樞紐由泄洪表孔、排沙底孔、沖沙槽、非溢流壩段及進(jìn)水口等建筑物組成。大壩壩軸線位于峽谷出口處。河床布置3孔泄洪表孔，孔口尺寸(寬×高)為8.0m×13.0m，堰頂高程1269.0m；河床左側(cè)主河槽布置1孔排沙底孔，孔口尺寸(寬×高)為6.0m×10.0m，底板高程1257.00m，承擔(dān)泄洪與溯源拉沙任務(wù)。在A工程模型試驗成果的基礎(chǔ)上，我們在B工程上采用格柵式排沙底孔方案，通過模型試驗調(diào)整格柵的尺寸及格柵間距、排沙廊道底坡、排沙廊道長度等參數(shù)（圖3）。沖刷試驗成果表明：控制上游庫區(qū)水位1276m，在沖沙流量100m3/s、250m3/s和600m3/s時，開啟格柵式排沙底孔，運行32分鐘(模型約4分鐘），在電站進(jìn)水口前沿、排沙廊道內(nèi)及周邊區(qū)域的泥沙均能排空，沖刷漏斗范圍在壩0+00.0ｍ～壩0-30.0ｍ之間，同樣達(dá)到了電站進(jìn)水口“門前清”的理想效果。簡圖血3鉆B尋工程格晌柵式排蓄沙底孔表方案禾3旨寶格柵式跟排沙底壩孔體料型膏知格吵柵式排事沙底孔碧可分為差兩個部藍(lán)分：伶冊（碎1例）常規(guī)角類型的芒排沙底利孔；燭致（雅2尼）帶有考格柵頂葡板的排圈沙廊道黑。根據(jù)萄電站進(jìn)蹦水口與金樞紐布楚置的不寧同，排朋沙廊道宿的軸線廟與排沙泉底孔的潑軸線可悟以緞成淺0蛙°亞～做90浴°歡夾角（譽(yù)圖狹4招、芳圖哥5宅）。排薦沙廊道曠的靠進(jìn)姓水口一選側(cè)的邊成墻應(yīng)高會于另一繪側(cè)邊墻響，同時貧也應(yīng)高幻于電站堵進(jìn)水口冷底板，淘邊墻高飽度可根你據(jù)工程蒙具體情速況確定饒，邊墻天頂部也挖可以設(shè)艱計勢成久“Γ舊”禾型，以膜利于攔況截泥沙掉。踩4舊江格柵式掌排沙底墓孔泄流堅能暖力替房受贈格柵式離排沙廊歲道的影潔響，格籮柵式排客沙底孔申的泄流揚(yáng)能力小踐于常規(guī)聞類型的洋排沙底較孔。由鋒于排沙索廊道內(nèi)畢水力條片件復(fù)雜望，流態(tài)剪紊亂，襪目前無嗎法計算腔格柵式濟(jì)排沙底燙孔的泄錯流能力網(wǎng)，只能犬通過模望型試驗孔測試。黨夜以襖A革工程為沒例擦：基A己工程的宮格柵式陵排沙廊跟道的尺冬寸為必：創(chuàng)b倦＝佩5鴿m禍，ｄ南＝厚2令ｍ，ｅ犧＝玉1濁ｍ，ｉ蝶＝柴0.1淚66驕7也，Ｌ猛＝倦3市5那ｍ。排衡沙底孔焰的體型應(yīng)為：平朗底，進(jìn)兵口頂曲皂線為橢織圓曲線沙，長半艦軸鈴4.勤5氏ｍ，短指半融軸瞞1.沖5同ｍ，出程口斷面寒為賢5擴(kuò)ｍ今×3.線5娘ｍ（違寬距×除高）。哀通鈔過泄流貨能力試誤驗，得笑到格柵過式排沙甲底孔自搶由出流吼時的流膊量計算扔式為：士宇增Q=6塊1.7印099霧H宵0.4悟951沒，式測中：Ｈ脈＝排沙衡底孔底禽板以上爛總水頭籍－閘門暑開高。圍流旅量系數(shù)渾計算式歡為洗：支μ丸＝課0.7蹈961勝/H驅(qū)0.0隸049睛。扔因掃此渠，朽A腿工程在岔正常運犬行條件溫下，格防柵式排漆沙底孔族的流量私系數(shù)取榴值葡為口μ感＝罰0.7竊8蜂3詠～敵0.7湊9徒0上。午圖涉4幣愈格柵式顛排沙底斯孔體型懷（軸線待夾角霞為芒0炸°雕）膀圖獵5破炮格柵式寶排沙底上孔體型獎（軸線瓶夾角古為槐90哪°列）翅圖預(yù)中截，陣b跑為排沙脹廊道寬恒度蛇，旋d敵為格柵噸寬度婦，血e到為格柵勸間距濫，叼i址為排沙不廊道底鎖坡杜，挽L糕為排沙勇廊道長慣度。以曾上留5朗個參數(shù)侮應(yīng)根據(jù)傭工程的母具體情慣況確定希，并通多過泥沙襲模型試就驗驗證龍。狐5鍛成結(jié)眼語曉燕電個站進(jìn)水其口的取典水排沙寬歷來是辯水電工士作者十萄分關(guān)注凍的問題母。為了宏保證電輪站進(jìn)水桂口不產(chǎn)腦生推移巧質(zhì)淤沙添，減少蝴粗沙過旗機(jī)，本孫文進(jìn)行勢了有益暢的探索話。本文優(yōu)在脈2梳個電站憤進(jìn)水口濟(jì)排沙底結(jié)孔泥沙吹模型試妄驗的基水礎(chǔ)上，響提出了浩一燥種汪蕩“鏟格柵式肥排沙廊癢道＋排籮沙底媽孔認(rèn)”團(tuán)的組合設(shè)型式（餐簡稱格感柵式排粥沙底孔籠）。即式：在電存站進(jìn)水解口前沿盯設(shè)置一透道格柵裝式排沙雹廊道，秀排沙底磚孔與格仇柵式排深沙廊道飼連通。嫌當(dāng)排沙買底孔泄情洪排沙刷時，排縱沙底孔近的進(jìn)水址水流均始勻分布妻于整個燈排沙廊跪道的上魂方，在莊排沙廊程道頂部回格柵的芽作用下能，水流健在排沙眉廊道內(nèi)挺及其周蘇邊形成擋螺旋流綿或結(jié)構(gòu)霸紊亂的圓渦流，妻大大增婆強(qiáng)了水碗流的挾誕沙能力逢，使淤病積在排