樞紐建筑的全閘方案設(shè)計(jì)
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泥沙問題是多沙河流上修建低水頭引水樞紐面臨的突出問題，電站運(yùn)行后水庫將很快淤積平衡。由于本水庫容積很小，可供利用的調(diào)沙庫容更小，因此，由于泥沙的淤積，會使擋水壩很快喪失其對河流的控制作用，引水防沙不能等到保證。本工程首部樞紐采用全閘設(shè)計(jì)，用攔河閘代替溢流壩，基本上不改變樞紐上下游河道的形態(tài)，即可雍水沉沙，又可以開閘泄水沖沙，與修建溢流壩相比，除能排除上游雍水段淤積的泥沙外，并能靈活地調(diào)節(jié)水位和流量，還可借閘門的啟閉來調(diào)節(jié)上游河道主流的方向，使取水口始終保持良好的引水條件。
1樞紐建筑物布置特點(diǎn)
首部樞紐采用主河床正向泄洪沖沙、右岸正向引水形式。各建筑物在河床中呈“一”字形布置，總寬132.0m，從右岸至左岸依次為進(jìn)水口段、沖沙閘段、泄洪閘段、門庫段。水庫正常蓄水位1222.05m，設(shè)計(jì)洪水位1222.05m，校核洪水位1224.05m。進(jìn)水口設(shè)2孔進(jìn)水閘，單孔凈寬10.8m，總引水流量130.0m3/s。進(jìn)水閘段位于河床右岸，樁號為：壩橫0+000～0+029.4。進(jìn)水閘垂直水流方向總寬29.4m，順?biāo)鞣较蚩傞L35m。進(jìn)水口前緣設(shè)梯形攔沙坎，攔沙坎頂部高程1220.00m，高出河床4m，攔沙坎在平面上呈弧形，順?biāo)鞣较蛏嫌味松煜蛩畮煊野?，下游端與沖沙閘右側(cè)閘墩相連。沖沙閘緊靠進(jìn)水閘布設(shè)，為單孔，凈寬10.8m，樁號為：壩橫0+029.4～0+043.8，沖沙閘左側(cè)閘墩上游側(cè)設(shè)有梯形潛水墻，墻頂高程1220.00m，與進(jìn)水閘前攔沙坎共同形成上游沉沙、沖沙槽，下游設(shè)有導(dǎo)流墻，墻頂高程1222.50m，導(dǎo)流墻伸至海漫處與樞紐右側(cè)導(dǎo)流墻形成排砂道；泄洪閘位于沖沙閘左側(cè)，共設(shè)5孔，單孔凈寬10.8m，樁號為：壩橫0+043.8～0+0115.8。沖沙閘、泄洪閘均布設(shè)在主河床內(nèi)，采用開敞式結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蚩傞L為125m，從上游依次為鋪蓋段、閘室段、消力池段、海漫段、反坡段，垂直水流方向總寬86.4m，沖沙閘、泄洪閘工作閘門采用溢流式弧形鋼閘門，檢修閘門為平板鋼閘門，與進(jìn)水閘攔污柵共用門機(jī)啟閉。首部樞紐建筑物特性見表1，總體平面布置如圖1所示。
2局部防沙設(shè)計(jì)
本電站不僅在首部樞紐總體布置上考慮了整體防、排沙體系外，還設(shè)置了局部防沙設(shè)施：①將用來泄洪沖沙的閘門分為泄洪閘和沖沙閘兩類，沖沙閘緊靠進(jìn)水閘布置，平時洪水量較小時可以只開啟此閘，做到“門前清”，5孔泄洪閘可在洪水量較大時開啟，對庫區(qū)泥沙進(jìn)行徹底清理；②進(jìn)水閘鋪蓋前緣的弧線形攔沙坎與沖沙閘前潛水墻共同形成樞紐上游沉沙、沖沙槽，用以束水攻沙。當(dāng)沖沙閘關(guān)閉，進(jìn)水閘引水時，沉沙槽起雍水沉沙作用，槽內(nèi)流速控制在0.9～1.0m/s之間，此時粗顆粒泥沙下沉，以減小入渠泥沙。當(dāng)沖沙閘開啟沖沙時，沉沙槽成為沖沙槽，利用集中水流沖洗槽中泥沙。
3正向引水設(shè)計(jì)
側(cè)向引水口在分水時，水流要產(chǎn)生彎曲。由于表層流速大，底層流速小，所以底層含沙量大的水流分水寬度始終大于表層較清水流的分水寬度，造成大部分底沙進(jìn)入渠道，工程實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，在河道中若采用側(cè)向引水，當(dāng)引水比增大時，進(jìn)沙比也隨之增大，當(dāng)引水比達(dá)到50%時，即使利用彎道環(huán)流特性，仍會引進(jìn)大量泥沙，在這種情況下，采用正向引水和正面排沙的布置形式，效果會更理想，根據(jù)土耳其所做的側(cè)向引水和正向引水在相同條件下的對比試驗(yàn)（圖2），可看出，當(dāng)引水比為75%時，側(cè)向取水入渠的泥沙量為河道輸沙量的80%，而正面取水只有20%。不同來水保證率下引水比見表2，由表2可看出本電站引水比最大分別達(dá)到了91%、91%、93%，而最小值分別達(dá)到了43%、55%、73%，故本電站在進(jìn)水比較大的情況下采用正向引布置，進(jìn)水閘、沖沙閘、泄洪閘“一”字形排列，防沙效果良好。另外，在運(yùn)行方面，沖沙閘、泄洪閘檢修閘門及引水口攔污柵均采用同一臺門機(jī)啟閉，“一”字形布置使門機(jī)運(yùn)行軌道呈直線型，減少了軌道折線布置引起的變形及縱向位移。
石門坪水電站工程于2005年4月開工建設(shè)，2006年4月首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，至今已運(yùn)行6年，運(yùn)行中首部樞紐防沙效果顯著，并且在2009年50年一遇的洪水中樞紐泄洪良好，因此，樞紐的全閘方案布置結(jié)合正向泄洪、沖沙，正向引水的“一”字形排列方式完善了“以排為主、先導(dǎo)后排、導(dǎo)排結(jié)合”的防沙體系，為引水樞紐在以后的設(shè)計(jì)中積累了經(jīng)驗(yàn)。（本文作者：何世智 單位：臨夏州水利水電勘測設(shè)計(jì)院）