水电站进水口排沙底孔的型式

水电站进水口排沙底孔的型式1概述在多沙河流上，无论是高坝大库的高水头电站，还是低水头河床式枢纽，电站进水口的取水排沙历来是水电工作者十分关注的问题。众所周知，泥沙磨损对水轮机造成的破坏作用是非常严重的。为了减少粗沙（推移质、跃移质）过机，工程实践中已经积累了丰富的经验，不同类型的工程措施被成功地利用。主要措施有：（1）利用泥沙垂线分布上细下粗的特点，引取表层水流，底层含沙水流通过排沙底孔或利用导沙坎引向冲刷闸排出库外；（2）利用弯道环流的水流特点，正面引水，侧面排沙；（3）利用排沙廊道、截沙槽或沉沙池，通过人为制造的螺旋流排泄泥沙。对于高水头枢纽，设置排沙底孔或泄洪排沙洞是减少粗沙过机的有效措施。排沙底孔一般布置在电站进水口的下部，利用泄洪在电站进水口前形成冲刷漏斗。冲刷漏斗越大，越有利于拦截粗沙，减少粗沙过机。对于低水头河床式枢纽，排沙底孔布置在电站进水口下部比较困难，布置在电站进水口两侧，冲刷漏斗范围较小，难以达到理想的排沙效果；因此一般多修建排沙廊道，利用廊道内的螺旋流排泄泥沙。我们在对电站进水口的排沙问题进行泥沙模型试验研究中认识到，要提高排沙底孔的输沙率，必须“束水攻沙”，由此提出了“格栅式排沙廊道＋排沙底孔”的组合型式（简称格栅式排沙底孔），即在电站进水口前沿设置一道格栅式排沙廊道，排沙底孔与格栅式排沙廊道连通。当排沙底孔泄洪排沙时，排沙底孔的进水水流均匀分布于整个排沙廊道的上方。由于排沙廊道顶部格栅的作用，水流在排沙廊道内及其周边形成螺旋流或结构紊乱的涡流，大大增强了水流的挟沙能力，使淤积在排沙廊道及周边区域的泥沙迅速排空。为了验证格栅式排沙底孔的适应性，我们将这一型式应用于另一水电站工程，同样收到良好的排沙效果。2泥沙模型试验成果介绍2.1A工程模型试验成果A水电工程位于云南省金沙江一级支流硕多岗河，是以单一发电为开发目标的引水式电站。工程所在河段属多沙河流，坝址多年平均悬移质输沙量63.70万t，推移质输沙量19.10万t，推移质重度γs=2.78t/m3，淤积干容重γs’＝1.60t/m3，中值粒径d50=33.3mm，平均粒径dpj=52.9mm。工程为混凝土重力闸坝（设有泄洪孔、排沙底孔、排污道），坝顶高程2471.40m，最大坝高34.4m。泄洪孔和排沙底孔尺寸为5.0m×3.50m（宽×高），进口底板高程均为2442.00m。电站进水口布置于坝前河道右侧岸边，发电引水流量28.2m3/s，进口底板高程2449.50m。在电站进水口前、排沙底孔进口上游设置一道与底孔等宽的冲沙槽，长度35m。设置冲沙槽的主要目的是拦截泥沙，尤其是推移质泥沙，当泥沙横向翻越导墙时淤积在冲沙槽内，使电站进水口与排沙底孔拉沙水流间形成一个隔断，起到截沙槽的作用。工程枢纽布置见图1。图1A工程冲沙槽和排沙底孔布置图原方案试验成果表明，在“冲沙槽＋排沙底孔”的组合方案条件下，当排沙底孔泄洪排沙时，电站进水口区域的水流流速小，排沙能力弱，试验观测到冲刷漏斗发生坝0+00.0ｍ～坝0-10.0ｍ范围以内，进水口前沿的泥沙不能排出库外，不能达到“门前清”的冲刷效果。通过对多个方案的对比试验，最终选定了“格栅式排沙廊道＋排沙底孔”的组合方案（见图2）。该方案最突出的优点是：由于合理地调整了格栅宽度、格栅间距、排沙廊道底坡等参数，使排沙底孔泄洪排沙时，排沙底孔的进水水流均匀分布于整个排沙廊道的上方。在排沙廊道顶部格栅的作用下，水流在排沙廊道内及其周边形成螺旋流或结构紊乱的涡流，大大增强了水流的挟沙能力，使淤积在排沙廊道及周边区域的泥沙迅速排空，从而在电站进水口前沿、格栅式排沙廊道区域内形成一长条状的冲刷漏斗。泥沙排空后的区域形成一个隔断，起到了截沙槽的作用。试验成果表明，在库水位2457m，排沙底孔下泄流量150m3/s时，排沙廊道周边的泥沙能在20分钟内排空(模型约4分钟），冲刷漏斗的长度方向在坝0+00.0ｍ～坝0-35.0ｍ之间。与原“冲沙槽＋排沙底孔”方案相比，“格栅式排沙廊道＋排沙底孔”方案的水流挟沙能力更强、冲刷漏斗的范围更大，达到了电站进水口“门前清”的理想效果。图2A工程格栅式排沙底孔布置图2.2B工程模型试验成果B水电工程位于云南省金沙江一级支流牛栏江，是以发电为主要的水电工程。坝址河段多年平均悬移质输沙量1209万t，推移质输沙量190万t，坝址悬移质平均含沙量2.97㎏/m3。床沙干容重γs=2.56t/m3；Cs1断面、Cs2断面中值粒径d50分别为19.0mm、14.0mm，平均粒径dpｊ分别为19.7mm、16.7mm。电站首部枢纽由泄洪表孔、排沙底孔、冲沙槽、非溢流坝段及进水口等建筑物组成。大坝坝轴线位于峡谷出口处。河床布置3孔泄洪表孔，孔口尺寸(宽×高)为8.0m×13.0m，堰顶高程1269.0m；河床左侧主河槽布置1孔排沙底孔，孔口尺寸(宽×高)为6.0m×10.0m，底板高程1257.00m，承担泄洪与溯源拉沙任务。在A工程模型试验成果的基础上，我们在B工程上采用格栅式排沙底孔方案，通过模型试验调整格栅的尺寸及格栅间距、排沙廊道底坡、排沙廊道长度等参数（图3）。冲刷试验成果表明：控制上游库区水位1276m，在冲沙流量100m3/s、250m3/s和600m3/s时，开启格栅式排沙底孔，运行32分钟(模型约4分钟），在电站进水口前沿、排沙廊道内及周边区域的泥沙均能排空，冲刷漏斗范围在坝0+00.0ｍ～坝0-30.0ｍ之间，同样达到了电站进水口“门前清”的理想效果。简图血3钻B寻工程格晌栅式排蓄沙底孔表方案禾3旨宝格栅式跟排沙底坝孔体料型膏知格吵栅式排事沙底孔碧可分为差两个部蓝分：伶册（碎1例）常规角类型的芒排沙底利孔；烛致（雅2尼）带有考格栅顶葡板的排圈沙廊道黑。根据萄电站进蹦水口与金枢纽布楚置的不宁同，排朋沙廊道宿的轴线庙与排沙泉底孔的泼轴线可悟以缎成浅0蛙°亚～做90浴°欢夹角（誉图狭4招、芳图哥5宅）。排荐沙廊道旷的靠进姓水口一选侧的边成墙应高会于另一绘侧边墙响，同时贫也应高幻于电站堵进水口冷底板，淘边墙高饱度可根你据工程蒙具体情速况确定饶，边墙天顶部也挖可以设艰计势成久“Γ旧”禾型，以膜利于拦况截泥沙掉。踩4旧江格栅式掌排沙底墓孔泄流坚能暖力替房受赠格栅式离排沙廊岁道的影洁响，格箩栅式排客沙底孔申的泄流扬能力小践于常规闻类型的洋排沙底较孔。由锋于排沙索廊道内毕水力条片件复杂望，流态剪紊乱，袜目前无吗法计算腔格栅式济排沙底烫孔的泄错流能力网，只能犬通过模望型试验孔测试。党夜以袄A革工程为没例擦：基A己工程的宫格栅式陵排沙廊跟道的尺冬寸为必：创b倦＝佩5鸽m祸，ｄ南＝厚2令ｍ，ｅ牺＝玉1浊ｍ，ｉ蝶＝柴0.1泪66骄7也，Ｌ猛＝倦3市5那ｍ。排衡沙底孔焰的体型应为：平朗底，进兵口顶曲皂线为椭织圆曲线沙，长半舰轴铃4.勤5氏ｍ，短指半融轴瞒1.冲5同ｍ，出程口断面寒为贤5扩ｍ今×3.线5娘ｍ（违宽距×除高）。哀通钞过泄流货能力试误验，得笑到格栅过式排沙甲底孔自抢由出流吼时的流膊量计算扔式为：士宇增Q=6块1.7印099雾H宵0.4悟951没，式测中：Ｈ脉＝排沙衡底孔底禽板以上烂总水头籍－闸门暑开高。围流旅量系数浑计算式欢为洗：支μ丸＝课0.7蹈961胜/H驱0.0隶049睛。扔因扫此渠，朽A腿工程在岔正常运犬行条件温下，格防栅式排漆沙底孔族的流量私系数取榴值葡为口μ感＝罚0.7窃8蜂3咏～敌0.7凑9徒0上。午图涉4币愈格栅式颠排沙底斯孔体型怀（轴线待夹角霞为芒0炸°雕）膀图猎5破炮格栅式宝排沙底上孔体型奖（轴线瓶夹角古为槐90哪°列）翅图预中截，阵b跑为排沙胀廊道宽恒度蛇，旋d敌为格栅吨宽度妇，血e到为格栅劝间距滥，叼i址为排沙不廊道底锁坡杜，挽L糕为排沙勇廊道长惯度。以曾上留5朗个参数侮应根据佣工程的母具体情惯况确定希，并通多过泥沙袭模型试就验验证龙。狐5锻成结眼语晓燕电个站进水其口的取典水排沙宽历来是辩水电工士作者十萄分关注冻的问题母。为了宏保证电轮站进水桂口不产脑生推移巧质淤沙添，减少蝴粗沙过旗机，本孙文进行势了有益畅的探索话。本文优在脉2梳个电站愤进水口济排沙底结孔泥沙吹模型试妄验的基水础上，响提出了浩一燥种汪荡“铲格栅式肥排沙廊痒道＋排箩沙底妈孔认”团的组合设型式（餐简称格感栅式排粥沙底孔笼）。即式：在电存站进水解口前沿盯设置一透道格栅装式排沙雹廊道，秀排沙底砖孔与格仇栅式排深沙廊道饲连通。嫌当排沙买底孔泄情洪排沙刷时，排纵沙底孔近的进水址水流均始匀分布妻于整个灯排沙廊跪道的上魂方，在庄排沙廊程道顶部回格栅的芽作用下能，水流健在排沙眉廊道内挺及其周苏边形成挡螺旋流绵或结构霸紊乱的圆涡流，妻大大增婆强了水碗流的挟诞沙能力逢，使淤病积在排