小型水电站取水坝设计分析

小型水电站取水坝设计分析

【摘要】从我国小型水电站的建设情况就可以知道，山区性河流是小型水电站建设的地方。通常情况下，电站开发需要采用引水式水电站。在实际应用中，渠道取水坝采用堤坝取水的方式，取水坝的形状主要采用溢流坝，在汛期结束后有可能导致较为严重的泥沙淤积，使得冲砂闸门开启使用非常困难，随后就会有大量的泥沙冲进水渠。为改善这种状况就需要将溢流坝改为闸坝，这样就能保证水坝的安全运行，降低水渠沙含量。本文就小型水电站取水坝设计进行分析。

【关键词】小型水电站；取水坝；设计

引言

在经济快速发展的过程中，小型水电站的发展速度越来越快，与此同时要求越来越高。当前，小型水电站由于受到建设位置的影响，泥沙含量较高。为降低小型水电站的泥沙含量，通常都会在设计的进行排污改造。针对此种状况，进行坝后式水电站，如图1所示。但是从实际中了解到，即使小型水电站设置了排污栅，但是在取水的时候，同样会遇到多泥沙的现象。针对此种情形，在小型水电站设计的过程中，应当针对取水坝应用的实际情况展开分析，避免取水坝受到多种因素的影响。

图1 坝后式水电站布置图

1 小型水电站建设状况

相对而言，我国水资源较为丰富，除大江、大河之外，小型水电站建设居多。通常情况下，小型水电站建在主干流一级、二级之流上进行开发，而水电站所处的位置多为山区性河流，流域面积相对较小，河流不够长，河道比降较大，洪水过程呈现出徒涨徒落单峰型、汇流历时较短。河流流域的森林覆盖面积相对较小，汛期河道水流的泥沙含量相对较大，在遇到强暴雨的时候还会产生泥石流地质性灾害。现如今，小型水电站的开发普遍采用引水式电站，但是水电站的引水量相对较小，渠道取水坝通常选用无调节式的低坝取水，该种取水坝主要由进水闸、冲砂闸与溢流坝组成，在坝型选择方面采用重力式砌石坝或者是混凝土坝，冲砂闸采用单孔冲砂，采用这种冲砂闸门能够保证进水闸闸前“门前清”的运行方式。

2 小型水电站取水坝设计分析

2.1 当前水电站运行状况

引水式水电站渠首采用的是低坝取水，溢流坝的高度基本保持在3-8m的范围，另外由于河床比较陡，使得形成水库库容量较小，无任何储蓄能力，在汛期一次泥沙就可以将水库淤平，将坝前河床抬高，产生一条深槽形，使得河流主道流向改道。已经被淤平的水电站主要有橄榄河一级水电站、三江口水电站、独龙

江孔目水电站以及金盏河一级水电站等取水坝。在上游河道被泥沙淤平的时候，河床抬高逐渐平缓，泥沙超过溢流坝高的1.0m左右，冲砂闸已经失效，使得取水坝转变为栏砂坝，造成河流改道。在每年枯水期都需要对水库进行清淤与河道疏导。如果遇到较大的洪水，取水坝下游所建造的建筑物就可能被冲毁，坝脚被掏空，给大坝带来安全隐患。即使在渠首设置了冲砂闸，但是由于闸孔尺寸比较小，冲砂效果并不理想，并且在电站运行管理后，汛期无人值班提闸排砂，在汛期结束后大量的泥沙将冲砂闸堵塞，造成冲砂闸无法正常的运行，使得冲砂闸功能不能发挥出来，进而就会有大量泥沙直接进入水电站引水渠道，造成渠道和压力前池泥沙淤积比较严重。在水轮机转轮磨损的情况下，就会增加水电站运行、管理的成本，降低水电站的经济效益。有不少地区小型水电站维持这一年更换一次转轮的情形，水电站水轮机转轮冲刷特别严重。水电站在汛期发电的过程中，混流式机组转轮经常被砾石打碎变形，冲击式机组喷嘴经常被泥沙堵塞，使得水电站无法正常运行。

2.2 小型水电站取水坝建设

闸坝是渠首取水的一种形式，该种取水方式较为常见平原地区或者坝区河道灌溉取水，闸坝能够达到良好的状况。根据小型水电站引水流量小，渠首采用低坝取水的特点，利用河道陡降坡与河槽过水断面小的特点，打破过去传统的设计观念，将水电站取水坝由溢流坝改为闸坝取水的方式，该种大坝主要由冲砂闸与进水闸组合。在此过程中还可以借助坝轴线短的优势，在河道上设置进水闸的同时可以设置三至四孔的冲砂闸门，启闭机用手柄螺杆式启闭机或电动式启闭，在汛期利用洪水交替提闸冲砂，闸门的控制运行可利用水电站综合自动化实行远程控制。在实际应用的过程中该种小型水电站的取水设计在实际生活中已经开始广泛应用，并且收到良好效果，有效弥补传统小型水电站取水坝设计中的不足之处，对水电站的运行产生理想效果，提高水电站的运行效果。

2.3 改造设计后小型水电站取水坝的优势

在小型水电站采用渠首取水存在多种问题的时候，闸坝在应用的过程中体现出较多的优越性。从水工建筑与管理运行方面，其优越性可以概括为以下几种。首先，在汛期的时候水电站可以利用河道上的多孔冲砂闸进行排沙，应用该种方式进行排沙可以达到冲砂流量大、冲砂彻底的效果，并且冲砂的效果显示良好，在水库内基本没有泥沙淤积。其次，小型水电站采用闸坝取水，进入引水渠道的推移质泥沙就会显著降低，有效减小渠道与压力前池的泥沙淤积，减轻了水流对引水建筑物的冲刷与清淤，减少了管理费用的消耗，这样对保障水电站引水系统的畅通具有良好效果，提高水电站的发电率。再者，水电站应用闸坝取水，有效降低泥沙含量，提高发电引水水质，这样就能够减小水流对水轮发电机组转轮冲刷、磨损，进而有效延长电站相关设备的使用年限，提高水电站的经济效益。最后，小型水电站在应用闸坝取水后，就能够利用水电站的微机综合自动化，对水电站渠首的冲砂闸与进水闸进行远程监控，这样即使在枯水期的时候也可以维持水电站正常运行，降低劳动强度，提高发电站运行的安全性。从这里就可以看出，在面对小型水电站渠首取水存在多种问题的过程中，对其进行改善，不仅可以保证小型水电站的水质，还能够创造出更多的经济效益，延长水电站的使用寿命。

3 结语

针对小型水电站工程设计工作而言，需要根据流域的水情、泥沙等特点与水电站的引水特点，并对已经存在的水电站较为突出的不足之处进行改善。创新设计理念，进而采用具有一定优越性的闸坝取水设计。

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