严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验

1、严寒地区引水式水电站设计和安全运行经阿勒泰地区位于东经85o3157 91o0115 ”，北纬44o5935“49o1045 ”，地处新疆维吾尔自治区最北部， 气候特点是春旱多风，夏短不热，秋高气爽，冬季严寒而漫长，全年冬季长达56个月，极端最低气温达51.5 C,最冷月平均气温达18 c21 C, 河内冰厚0.51.0m,冻土深1.21.5m.经过40年的建设，阿勒泰 地区已建成电站20余座，除可可托海电站、富蕴县一级电站等为坝 后式电站外，其余多为明渠引水式电站。现结合我区几十年来积累的 经验，就引水式水电站的设计要求和运行管理两个方面作一初步总 结。1对引水式电站的设计要求引水枢纽的布置

2、及形式的选择在地形条件允许时，应考虑在电站上游建水库，以便冬季蓄冰， 蓄冰库设计，不能仅以回水曲线形成的上游容积为界， 应考虑到冰凌 堆积和冰盖翘起后，来凌仍可向上游堆积一段距离，一般蓄冰静库容 达到年输冰量的1/3即可。对于没有条件修建蓄冰库的引水枢纽， 需考虑泄洪、排砂、拦冰和排冰措施。进水口应放在设计水位以下56m ,以防止进水口控制设施的冻结。引水枢纽宜选择在河床较稳定的平直段内， 以防闸前冰凌堵塞， 拦河溢流坝或导流堤需适当增加超高， 应大于河道冰厚，避免因闸前 进水受阻时坝顶溢流而造成“跑水”。对于冬季流量较小的河道应能使河水全部进入引水渠，采用底 栏栅式进水闸较好，这样能避免冰块

3、进入渠内。对于冬季河道流量较 大的电站，采用新疆常用的弯道式渠首，排冰效果较好，耗水量也小。引水渠设计渠线选择为保证电站冬季顺利排冰，引水渠应尽量将渠线选择在河谷的 阳坡，利用冬季阳光的辐射来提高水温，减少再生冰。渠线应直、顺, 当必须设置弯道时，其弯道半径宜大于 10倍设计水面宽度，以避免 冰块在弯道上堵塞；渠线宜布置在挖方段，不宜布置在填方段，避免 冰盖推力而引起渠堤滑坡、渠道决口。富蕴县二级电站引水渠道大多 为填方，冬季运行时曾发生多起渠道决口事件，严重影响安全生产。渠道断面为了防止冬季渠道水热量的散失，形成稳定的冰盖，采用窄深 式弧形渠底矩形或梯形断面比较适宜，弧形渠底采用浆砌卵石结构

4、， 边坡采用混凝土结构，这样渠道抗冻性好，边坡比较光滑，渠道挂冰 现象少，对安全运行有利。渠道超高大小，要充分考虑冬季渠底和渠 岸自生冰凌对过水断面的影响，一般要求以大河的冰盖厚度再加大3060cm作为超高，这样可以保证冰盖形成以后，渠道仍有足够的 过水断面。流速渠道设计流速的大小，主要按渠道运行方式而定。当引水渠采用输冰运行时，渠道流速可在 1.11.5m/s ,不能大于1.5m/s.对于 结冰盖运行的的电站，渠道流速一般在0.50.6m/s ,既缓流运行，又无冰塞现象。黑山头水电站引水渠设计流速，当初没有考虑到冬季输冰运行要求，引水渠除部分渠段(矩形断面)流速能达到 1.1m/s 外，其余

5、渠段(梯形断面)流速在 0.5m/s以下，因此每年冬季冰塞 或决口事件多发生在此渠段。糙率当冰盖下满流输水时，综合糙率按下式计算：n=n1 1+a (n2/n1 ) 2/ (1+a)1/2a=x2/x1式中n冰盖综合糙率系数；x1 渠道湿周长度，m;x2 冰盖湿周长度，m ;n1 -渠底及边坡的糙率系数；n2-冰盖下表面的糙率系数，可按下表选用。冰盖下表面糙率系数n2结冰期平均流速v (m/s )糙率系数n2无冰凌，冰有裂缝 有冰凌，冰有裂缝0.4纵坡结冰盖运行时，纵坡设计要根据地形条件、水能设计和工程造 价，综合考虑选定，要以流速进行控制。输排冰运行时，纵坡采用前段陡些，以满足输冰流速要求，

6、后 段应在排冰闸前取2040m的缓流段，以满足浮冰、排冰流速的要 求前池冬季安全运行，前池容积应适当加大，容积应计入冬季正常水 位运行时冰盖所占有的容积，这样一是可以避免漫顶失事，二是可以 降低流速，使上游所进冰凌均浮于水面之上，便于排除。前池一般需 设置12条导凌筏，将渠道来冰导至排冰闸前集中排走，导凌筏与 水流夹角不大于30o为宜。前池以正面排冰，侧面取水形式为佳， 因为这种形式排冰和来水方向一致， 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。排冰闸应与引水渠中心线布置在一 条直线上，这样可使闸前水流平稳，闸前无回流和旋涡。排冰闸闸前 渠内流速一般在0.7m/s左右，过闸流

7、速一般要求大于 1.5m/s ,过 闸排冰水深要大于冰块厚度，闸孔宽度要大于冰块宽度，出口应与陡 坡平顺连接，陡坡宽度不小于排冰闸闸孔宽度。从我区几个水电站来看，前池闸室应设在室内，拦污栅的布置 一般设在检修闸门与工作闸门之间为好， 且布置在前池闸房中，闸房 用电热或汽暖采暖，冬季室温应始终保持在0以上。为了使水道与前 池闸房之间形成封闭，压力前池上游承重梁的高度应与前池正常水位 相齐，目的在于水电站冬季运行时，使冰盖结在前池正常水位以上， 此承重梁与冰盖封冻在一起，从而使冷空气进入不到闸房中。压力管道和尾水室对于压力管道防冻，一般采用深埋式（大于冻土深）或加盖暖 棚的办法进行压力管防冻。北屯

8、一、二、三级电站利用利用下半夜甩 负荷时的余电对压力管进行电力加热，有效地防止了冰冻问题。尾水室以淹没式为优，非淹没式圆锥钢尾水管，管内极易冰冻， 对正常运行不利。2对引水式电站运行管理上的要求流冰期应注意的问题阿勒泰地区一般每年10月下旬至11月中旬为流冰期，大河引 进的冰凌加上渠道的再生冰，极易发生堵塞。流冰期要特别加强巡渠 和各站点的值班监视工作，及时清除闸前和渠边挂凌和冰塞，以保持 水流稳定，畅通无阻。若在此期间又遇上大雪，应特别注意。其它还 应汪息：a.使进水流量保持稳定，可适当加大，但不宜减少；b.要充分发挥排冰闸的作用，排除冰凌冰块；c.若遇堵塞，应自下游向上游进行排除，可用一小

9、瓶内盛 100g 左右的炸药，点着投入冰塞处进行爆破，效果很好。引水渠道结冰盖运行渠道在每年11月下旬，随着气温逐渐降低，特别是遇上寒流， 气温骤降，渠道浮冰连在一起形成冰盖，冰盖一般呈拱形，即冰盖表 面为水平，岸边较厚，形成以渠边为拱座的拱形体，岸边冰厚达30cm 以上，渠中心较薄。为了保持冰盖的稳定，必须保持高水位运行，有 时宁可少发电保持水位不下降。同时还要在各电站准备好水电阻， 调 节保持发电机的出力稳定，以防外网突然甩负荷，使渠道水位上升， 当渠道中心冰盖厚度达到 20cm左右时，即可在冰盖上每隔 100 150m打一直径为30cm的冰洞，这样当渠中水位变化时，冰洞可起 调压作用，当水位降落时，冰洞进气消除负压，避免垮冰；当水位升 高时，水就从冰洞溢出来，漫流在冰盖上的水，遇冷空气又结成冰， 可以使冰盖加厚，一般后半夜负荷较轻，这时候可减少泄水道的排水， 有控制地增高渠道水位，使水流不断从冰洞溢出来，结成7080cm 的理想冰盖，进入冰盖运行期。春季化冰期一般在4月初到4月下旬，这期间主要是防止冰盖 下塌结成冰坝而堵塞渠道。这就要求加强渠道巡视，疏通退水渠和尾 水渠，打掉泄水道上的冰盖，从下游往上游排冰，如遇堵塞处或发现 有冰盖