严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验.doc

1 严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验摘要: 根据新疆阿勒泰地区的气象、冰情等特征, 结合当地的实际情况, 对引水式水电站设计、冬季安全运行进行了分析、经验总结。关键词:严寒地区水电站设计安全运行阿勒泰地区位于东经 8531 ’ 57”~ 9101 ’ 15”, 北纬 4459 ’ 35”~ 4910 ’ 45”,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5~6 个月, 极端最低气温达- ℃, 最冷月平均气温达- 18℃~ 21℃, 河内冰厚 ~ , 冻土深 ~ 。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。 2 1 对引水式电站的设计要求 引水枢纽的布置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 5~ 6m , 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。 3 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,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 30~ 60cm 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。 4 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 ~ , 不能大于 。对于结冰盖运行的的电站,渠道流速一般在 ~ , 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 外, 其余渠段( 梯形断面) 流速在 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) 〕 1/2 a=x2/x1 式中 n -冰盖综合糙率系数; x1 -渠道湿周长度, m; 5 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 6 无冰凌,冰有裂缝有冰凌,冰有裂缝 ≤ ~ ~ ≤ ~ 7 ~ 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, 后段应在排冰闸前取 20~ 40m 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 8 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 1~2 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 30 为宜。前池以正面排冰, 侧面取水形式为佳,