導(dǎo)語(yǔ)：水電站進(jìn)水口排沙管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

在多沙河流上，無(wú)論是高壩大庫(kù)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(lái)是水電工作者十分關(guān)注的問(wèn)題。眾所周知，泥沙磨損對(duì)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(guò)機(jī)，工程實(shí)踐中已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，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(diǎn)，引取表層水流，底層含沙水流通過(guò)排沙底孔或利用導(dǎo)沙坎引向沖刷閘排出庫(kù)外；（2）利用彎道環(huán)流的水流特點(diǎn)，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(guò)人為制造的螺旋流排泄泥沙。

對(duì)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(guò)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(guò)機(jī)。對(duì)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?cè)趯?duì)電站進(jìn)水口的排沙問(wèn)題進(jìn)行泥沙模型試驗(yàn)研究中認(rèn)識(shí)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(jiǎn)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(shí)，排沙底孔的進(jìn)水水流均勻分布于整個(gè)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(yàn)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(yàn)成果介紹

2.1A工程模型試驗(yàn)成果

A水電工程位于云南省金沙江一級(jí)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(wàn)t，推移質(zhì)輸沙量19.10萬(wàn)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(zhǎng)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(shí)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(gè)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(yàn)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(shí)，電站進(jìn)水口區(qū)域的水流流速小，排沙能力弱，試驗(yàn)觀測(cè)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(kù)外，不能達(dá)到“門前清”的沖刷效果。

通過(guò)對(duì)多個(gè)方案的對(duì)比試驗(yàn)，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(diǎn)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(shí)，排沙底孔的進(jìn)水水流均勻分布于整個(gè)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(zhǎng)條狀的沖刷漏斗。泥沙排空后的區(qū)域形成一個(gè)隔斷，起到了截沙槽的作用。

試驗(yàn)成果表明，在庫(kù)水位2457m，排沙底孔下泄流量150m3/s時(shí)，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(zhǎng)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(yàn)成果

B水電工程位于云南省金沙江一級(jí)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(wàn)t，推移質(zhì)輸沙量190萬(wàn)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(yàn)成果的基礎(chǔ)上，我們?cè)贐工程上采用格柵式排沙底孔方案，通過(guò)模型試驗(yàn)調(diào)整格柵的尺寸及格柵間距、排沙廊道底坡、排沙廊道長(zhǎng)度等參數(shù)（圖3）。沖刷試驗(yàn)成果表明：控制上游庫(kù)區(qū)水位1276m，在沖沙流量100m3/s、250m3/s和600m3/s時(shí)，開啟格柵式排沙底孔，運(yùn)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。

圖3B工程格柵式排沙底孔方案

3格柵式排沙底孔體型

格柵式排沙底孔可分為兩個(gè)部分：

（1）常規(guī)類型的排沙底孔；

（2）帶有格柵頂板的排沙廊道。根據(jù)電站進(jìn)水口與樞紐布置的不同，排沙廊道的軸線與排沙底孔的軸線可以成0°～90°夾角（圖4、圖5）。排沙廊道的靠進(jìn)水口一側(cè)的邊墻應(yīng)高于另一側(cè)邊墻，同時(shí)也應(yīng)高于電站進(jìn)水口底板，邊墻高度可根據(jù)工程具體情況確定，邊墻頂部也可以設(shè)計(jì)成“?！毙?，以利于攔截泥沙。

4格柵式排沙底孔泄流能力

受格柵式排沙廊道的影響，格柵式排沙底孔的泄流能力小于常規(guī)類型的排沙底孔。由于排沙廊道內(nèi)水力條件復(fù)雜，流態(tài)紊亂，目前無(wú)法計(jì)算格柵式排沙底孔的泄流能力，只能通過(guò)模型試驗(yàn)測(cè)試。

以A工程為例：A工程的格柵式排沙廊道的尺寸為：b＝5m，d＝2m，e＝1m，i＝0.1667，L＝35m。排沙底孔的體型為：平底，進(jìn)口頂曲線為橢圓曲線，長(zhǎng)半軸4.5m，短半軸1.5m，出口斷面為5m×3.5m（寬×高）。

通過(guò)泄流能力試驗(yàn)，得到格柵式排沙底孔自由出流時(shí)的流量計(jì)算式為：

Q=61.7099H0.4951，式中：H＝排沙底孔底板以上總水頭－閘門開高。

流量系數(shù)計(jì)算式為：μ＝0.7961/H0.0049。

因此，A工程在正常運(yùn)行條件下，格柵式排沙底孔的流量系數(shù)取值為μ＝0.783～0.790。

圖4格柵式排沙底孔體型（軸線夾角為0°）

圖5格柵式排沙底孔體型（軸線夾角為90°）

圖中，b為排沙廊道寬度，d為格柵寬度，e為格柵間距，i為排沙廊道底坡，L為排沙廊道長(zhǎng)度。以上5個(gè)參數(shù)應(yīng)根據(jù)工程的具體情況確定，并通過(guò)泥沙模型試驗(yàn)驗(yàn)證。

5結(jié)語(yǔ)

電站進(jìn)水口的取水排沙歷來(lái)是水電工作者十分關(guān)注的問(wèn)題。為了保證電站進(jìn)水口不產(chǎn)生推移質(zhì)淤沙，減少粗沙過(guò)機(jī)，本文進(jìn)行了有益的探索。本文在2個(gè)電站進(jìn)水口排沙底孔泥沙模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種“格柵式排沙廊道＋排沙底孔”的組合型式（簡(jiǎn)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(shí)，排沙底孔的進(jìn)水水流均勻分布于整個(gè)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。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(zhǎng)條狀的沖刷漏斗。泥沙排空后的區(qū)域形成一個(gè)隔斷，起到了截沙槽的作用，達(dá)到電站進(jìn)水口“門前清”的效果，較好地解決了工程實(shí)際問(wèn)題。格柵式排沙底孔對(duì)其他同類型工程具有一定的借鑒作用，也值得今后對(duì)其體型進(jìn)行深入的研究。

6參考文獻(xiàn)

1武漢水利電力學(xué)院，河流泥沙工程學(xué)（下冊(cè)），第1版，北京：水利出版社，1982年

2清華大學(xué)水力學(xué)教研組，水力學(xué)（下冊(cè)），第1版，北京：人民教育出版社，1981年

3武漢水利電力學(xué)院，水力計(jì)算手冊(cè)，第1版，北京：水利出版社，1980年

4華東水利學(xué)院，水工設(shè)計(jì)手冊(cè)（灌區(qū)建筑物），第1版，北京：水利電力出版社，1984年