嚴(yán)寒地區(qū)引水式水電站設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

1、嚴(yán)寒地區(qū)引水式水電站設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行經(jīng)阿勒泰地區(qū)位于東經(jīng)85o3157 91o0115 ”，北緯44o5935“49o1045 ”，地處新疆維吾爾自治區(qū)最北部， 氣候特點(diǎn)是春旱多風(fēng)，夏短不熱，秋高氣爽，冬季嚴(yán)寒而漫長(zhǎng)，全年冬季長(zhǎng)達(dá)56個(gè)月，極端最低氣溫達(dá)51.5 C,最冷月平均氣溫達(dá)18 c21 C, 河內(nèi)冰厚0.51.0m,凍土深1.21.5m.經(jīng)過(guò)40年的建設(shè)，阿勒泰 地區(qū)已建成電站20余座，除可可托海電站、富蘊(yùn)縣一級(jí)電站等為壩 后式電站外，其余多為明渠引水式電站?，F(xiàn)結(jié)合我區(qū)幾十年來(lái)積累的 經(jīng)驗(yàn)，就引水式水電站的設(shè)計(jì)要求和運(yùn)行管理兩個(gè)方面作一初步總 結(jié)。1對(duì)引水式電站的設(shè)計(jì)要求引水樞紐的布置

2、及形式的選擇在地形條件允許時(shí)，應(yīng)考慮在電站上游建水庫(kù)，以便冬季蓄冰， 蓄冰庫(kù)設(shè)計(jì)，不能僅以回水曲線形成的上游容積為界， 應(yīng)考慮到冰凌 堆積和冰蓋翹起后，來(lái)凌仍可向上游堆積一段距離，一般蓄冰靜庫(kù)容 達(dá)到年輸冰量的1/3即可。對(duì)于沒(méi)有條件修建蓄冰庫(kù)的引水樞紐， 需考慮泄洪、排砂、攔冰和排冰措施。進(jìn)水口應(yīng)放在設(shè)計(jì)水位以下56m ,以防止進(jìn)水口控制設(shè)施的凍結(jié)。引水樞紐宜選擇在河床較穩(wěn)定的平直段內(nèi)， 以防閘前冰凌堵塞， 攔河溢流壩或?qū)Я鞯绦柽m當(dāng)增加超高， 應(yīng)大于河道冰厚，避免因閘前 進(jìn)水受阻時(shí)壩頂溢流而造成“跑水”。對(duì)于冬季流量較小的河道應(yīng)能使河水全部進(jìn)入引水渠，采用底 欄柵式進(jìn)水閘較好，這樣能避免冰塊

3、進(jìn)入渠內(nèi)。對(duì)于冬季河道流量較 大的電站，采用新疆常用的彎道式渠首，排冰效果較好，耗水量也小。引水渠設(shè)計(jì)渠線選擇為保證電站冬季順利排冰，引水渠應(yīng)盡量將渠線選擇在河谷的 陽(yáng)坡，利用冬季陽(yáng)光的輻射來(lái)提高水溫，減少再生冰。渠線應(yīng)直、順, 當(dāng)必須設(shè)置彎道時(shí)，其彎道半徑宜大于 10倍設(shè)計(jì)水面寬度，以避免 冰塊在彎道上堵塞；渠線宜布置在挖方段，不宜布置在填方段，避免 冰蓋推力而引起渠堤滑坡、渠道決口。富蘊(yùn)縣二級(jí)電站引水渠道大多 為填方，冬季運(yùn)行時(shí)曾發(fā)生多起渠道決口事件，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。渠道斷面為了防止冬季渠道水熱量的散失，形成穩(wěn)定的冰蓋，采用窄深 式弧形渠底矩形或梯形斷面比較適宜，弧形渠底采用漿砌卵石結(jié)構(gòu)

4、， 邊坡采用混凝土結(jié)構(gòu)，這樣渠道抗凍性好，邊坡比較光滑，渠道掛冰 現(xiàn)象少，對(duì)安全運(yùn)行有利。渠道超高大小，要充分考慮冬季渠底和渠 岸自生冰凌對(duì)過(guò)水?dāng)嗝娴挠绊?，一般要求以大河的冰蓋厚度再加大3060cm作為超高，這樣可以保證冰蓋形成以后，渠道仍有足夠的 過(guò)水?dāng)嗝?。流速渠道設(shè)計(jì)流速的大小，主要按渠道運(yùn)行方式而定。當(dāng)引水渠采用輸冰運(yùn)行時(shí)，渠道流速可在 1.11.5m/s ,不能大于1.5m/s.對(duì)于 結(jié)冰蓋運(yùn)行的的電站，渠道流速一般在0.50.6m/s ,既緩流運(yùn)行，又無(wú)冰塞現(xiàn)象。黑山頭水電站引水渠設(shè)計(jì)流速，當(dāng)初沒(méi)有考慮到冬季輸冰運(yùn)行要求，引水渠除部分渠段(矩形斷面)流速能達(dá)到 1.1m/s 外，其余

5、渠段(梯形斷面)流速在 0.5m/s以下，因此每年冬季冰塞 或決口事件多發(fā)生在此渠段。糙率當(dāng)冰蓋下滿流輸水時(shí)，綜合糙率按下式計(jì)算：n=n1 1+a (n2/n1 ) 2/ (1+a)1/2a=x2/x1式中n冰蓋綜合糙率系數(shù)；x1 渠道濕周長(zhǎng)度，m;x2 冰蓋濕周長(zhǎng)度，m ;n1 -渠底及邊坡的糙率系數(shù)；n2-冰蓋下表面的糙率系數(shù)，可按下表選用。冰蓋下表面糙率系數(shù)n2結(jié)冰期平均流速v (m/s )糙率系數(shù)n2無(wú)冰凌，冰有裂縫 有冰凌，冰有裂縫0.4縱坡結(jié)冰蓋運(yùn)行時(shí)，縱坡設(shè)計(jì)要根據(jù)地形條件、水能設(shè)計(jì)和工程造 價(jià)，綜合考慮選定，要以流速進(jìn)行控制。輸排冰運(yùn)行時(shí)，縱坡采用前段陡些，以滿足輸冰流速要求，

6、后 段應(yīng)在排冰閘前取2040m的緩流段，以滿足浮冰、排冰流速的要 求前池冬季安全運(yùn)行，前池容積應(yīng)適當(dāng)加大，容積應(yīng)計(jì)入冬季正常水 位運(yùn)行時(shí)冰蓋所占有的容積，這樣一是可以避免漫頂失事，二是可以 降低流速，使上游所進(jìn)冰凌均浮于水面之上，便于排除。前池一般需 設(shè)置12條導(dǎo)凌筏，將渠道來(lái)冰導(dǎo)至排冰閘前集中排走，導(dǎo)凌筏與 水流夾角不大于30o為宜。前池以正面排冰，側(cè)面取水形式為佳， 因?yàn)檫@種形式排冰和來(lái)水方向一致， 可以充分利用水的表面流速，因 而排冰耗水量小，排冰效果也好。排冰閘應(yīng)與引水渠中心線布置在一 條直線上，這樣可使閘前水流平穩(wěn)，閘前無(wú)回流和旋渦。排冰閘閘前 渠內(nèi)流速一般在0.7m/s左右，過(guò)閘流

7、速一般要求大于 1.5m/s ,過(guò) 閘排冰水深要大于冰塊厚度，閘孔寬度要大于冰塊寬度，出口應(yīng)與陡 坡平順連接，陡坡寬度不小于排冰閘閘孔寬度。從我區(qū)幾個(gè)水電站來(lái)看，前池閘室應(yīng)設(shè)在室內(nèi)，攔污柵的布置 一般設(shè)在檢修閘門與工作閘門之間為好， 且布置在前池閘房中，閘房 用電熱或汽暖采暖，冬季室溫應(yīng)始終保持在0以上。為了使水道與前 池閘房之間形成封閉，壓力前池上游承重梁的高度應(yīng)與前池正常水位 相齊，目的在于水電站冬季運(yùn)行時(shí)，使冰蓋結(jié)在前池正常水位以上， 此承重梁與冰蓋封凍在一起，從而使冷空氣進(jìn)入不到閘房中。壓力管道和尾水室對(duì)于壓力管道防凍，一般采用深埋式（大于凍土深）或加蓋暖 棚的辦法進(jìn)行壓力管防凍。北屯

8、一、二、三級(jí)電站利用利用下半夜甩 負(fù)荷時(shí)的余電對(duì)壓力管進(jìn)行電力加熱，有效地防止了冰凍問(wèn)題。尾水室以淹沒(méi)式為優(yōu)，非淹沒(méi)式圓錐鋼尾水管，管內(nèi)極易冰凍， 對(duì)正常運(yùn)行不利。2對(duì)引水式電站運(yùn)行管理上的要求流冰期應(yīng)注意的問(wèn)題阿勒泰地區(qū)一般每年10月下旬至11月中旬為流冰期，大河引 進(jìn)的冰凌加上渠道的再生冰，極易發(fā)生堵塞。流冰期要特別加強(qiáng)巡渠 和各站點(diǎn)的值班監(jiān)視工作，及時(shí)清除閘前和渠邊掛凌和冰塞，以保持 水流穩(wěn)定，暢通無(wú)阻。若在此期間又遇上大雪，應(yīng)特別注意。其它還 應(yīng)汪息：a.使進(jìn)水流量保持穩(wěn)定，可適當(dāng)加大，但不宜減少；b.要充分發(fā)揮排冰閘的作用，排除冰凌冰塊；c.若遇堵塞，應(yīng)自下游向上游進(jìn)行排除，可用一小

9、瓶?jī)?nèi)盛 100g 左右的炸藥，點(diǎn)著投入冰塞處進(jìn)行爆破，效果很好。引水渠道結(jié)冰蓋運(yùn)行渠道在每年11月下旬，隨著氣溫逐漸降低，特別是遇上寒流， 氣溫驟降，渠道浮冰連在一起形成冰蓋，冰蓋一般呈拱形，即冰蓋表 面為水平，岸邊較厚，形成以渠邊為拱座的拱形體，岸邊冰厚達(dá)30cm 以上，渠中心較薄。為了保持冰蓋的穩(wěn)定，必須保持高水位運(yùn)行，有 時(shí)寧可少發(fā)電保持水位不下降。同時(shí)還要在各電站準(zhǔn)備好水電阻， 調(diào) 節(jié)保持發(fā)電機(jī)的出力穩(wěn)定，以防外網(wǎng)突然甩負(fù)荷，使渠道水位上升， 當(dāng)渠道中心冰蓋厚度達(dá)到 20cm左右時(shí)，即可在冰蓋上每隔 100 150m打一直徑為30cm的冰洞，這樣當(dāng)渠中水位變化時(shí)，冰洞可起 調(diào)壓作用，當(dāng)水位降落時(shí)，冰洞進(jìn)氣消除負(fù)壓，避免垮冰；當(dāng)水位升 高時(shí)，水就從冰洞溢出來(lái)，漫流在冰蓋上的水，遇冷空氣又結(jié)成冰， 可以使冰蓋加厚，一般后半夜負(fù)荷較輕，這時(shí)候可減少泄水道的排水， 有控制地增高渠道水位，使水流不斷從冰洞溢出來(lái)，結(jié)成7080cm 的理想冰蓋，進(jìn)入冰蓋運(yùn)行期。春季化冰期一般在4月初到4月下旬，這期間主要是防止冰蓋 下塌結(jié)成冰壩而堵塞渠道。這就要求加強(qiáng)渠道巡視，疏通退水渠和尾 水渠，打掉泄水道上的冰蓋，從下游往上游排冰，如遇堵塞處或發(fā)現(xiàn) 有冰蓋