DLT5079-2007 水电站引水渠道及前池设计规范

表 1 为国内部分Ⅲ、Ⅳ等渠道引水式电站的主要特性。由表 1 可见，国内已建的渠道引 水式电站尚无一座Ⅱ等或Ⅰ等工程。究其原因，这类电站多建于山区，受地形条件限制难以 修建大型引水渠道；在平原、丘陵地区，则因人口稠密，如占地过多，对环境及社会影响较 大，也限制了大型引水渠道的修建。我国已建的渠道引水式电站，绝大多数是装机容量等于 或小于 50MW 的Ⅳ等以下——小（1）型、小（2）型水电站，故本规范是针对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 等水电站编制的。 涡管排沙的原理是利用置于渠底的开口的管，在过境水流切向流速的作用下，管内产生螺旋式前进水流，进入管中的泥沙靠旋转水流以少量的水将其排出，其设计要点如下。 涡管与渠道水流方向的夹角（0）应大于 30°、小于60°，以45°～50°为宜：涡管断面为圆形，其直径D可在（1/3~1/5）h范围内选用（h为上游渠道水深）；开口角度a=75°~90 "，一般可用 90°，或其开口宽度 b>（1.2~2.0）dm，dm为泥沙的最大粒径。涡管排水流量约为来水流量的5%~15%，其排沙比可达 75%~90%。涡管排水流量 Q.可用下式估算，即Q= μA2g（h+Δy） （1）式中： A——涡管断面面积，= h——上游渠道水深，m： △y——管中心至开口边缘的距离，m μ--流量系数，在a=30"~90"范围内，可采用μ=0.6~0.7. 排沙涡管出口应设阀门并有必要的落差，保证出流顺畅，排沙便利。 涡管排沙一般适用于渠底坡较陡的山区引水渠道，适宜排除粒径大于 0.5mm 的粗沙和砾石。在我国陕西、新疆、甘肃等有十余处工程上应用。例如，陕西省镇安县孙家砭水电站，设计流量为8m/s，装机容量为2×1.25MW，引水渠道全长6.5km，底坡为1/2000，矩形断面底宽2.8m，水深2.4m.1990年3月，在渠道进水口下游500m处安装一直径 D-400mm的排沙涡管，仅用25min便把原沉积在涡管上游段的20m3~30m3的砂石全部排除，排出物中有粒径为40mm~50mm 的卵石。在安装排沙涡管的同时，又在前池修建了一道曲线隔沙墙，将水电站进水口与排沙闸隔开，达到撇清引水、间歇排沙的目的。现在两项措施联合运用，汛期水量丰富时可在夜间电站降低负荷时用涡管排沙，平、枯水季节每半月用前池处的排沙闸排沙，至今运行效果良好。 2强螺旋流排沙漏斗也是利用螺旋流原理进行排沙的有效方式，用水量为来流量7% 左右。在新疆轮台县迪那河引水渠道上应用，获得排除推移质泥沙的较好效果。 6.0.1在渠线选定后应进行引水渠道的纵坡及横断面设计，以确定渠底纵坡和横断面尺寸。 设计时应综合考虑渠道沿线的地形、地质条件，以及环境（如移民搬迁，占用耕地等）、施工（施工设备、条件、挖填平衡等）、运行管理等要求，通过不同方案的水力计算和相应的技术经济比较，择优选用。 6.0.2 本条根据工程调查资料，给出了引水渠道纵坡的选用条件。由表2所示的工程中可知，中低水头大流量引水渠道、自动调节渠道、清水渠道以及土渠，采用1/2000~1/12000的较缓纵坡：高水头电站的引水渠道、傍山渠道、多泥沙渠道等，采用1/500~1/2000的较陡纵坡。当渠线较长且受地形、地质条件影响，需分段变坡时，坡度宜沿程增大，对多泥沙和输冰运行渠道这一点尤为重要，原因是可避免局部落淤或壅冰。 6.0.3 本条根据国内工程的实践经验，给出了不同情况下选择渠道横断面形式的适宜条件。 图 2 为根据工程资料点绘的宽深比 b/h（即β）与边坡系数 m 的关系。该图表明，渠道断面形状矩形、梯形均有，以梯形居多；图中的品~m曲线反映水力最佳断面的条件，虽有少数工程采用β≈βo的断面形式，但多数采用窄深式断面，这说明渠道断面 blh 的选择因涉及地形、地质、高边坡问题、施工条件、泥沙特征、使用条件、动能经济等方面的因素，通过计算分析和技术经济比较后，不一定选择水力最佳断面。 6.0.4~6.0.5 这里给出了确定引水渠道流速的一些原则和规定。根据国内工程经验，强调了对中型水电站工程和低水头大流量的小型水电站引水渠道的设计流速合理取值的重要性，由于低水头大流量情况下发电水头对水电站出力的影响较大，因此直接关系到水头损失的渠道流速，应通过技术经济比较选定。对小型水电站引水渠道的设计流速，根据已有经验给出了选用值的范围。水电站引水渠道设计流速的大小，根据国内94个工程的资料统计，流速小于1m/s的占20%，这些多为土渠；流速1m/s~2m/s的占60%，2m/s~2.5m/s的约占17%，流速大于2.5m/s的是个别的，这些均为衬砌渠道。据此，本规范给出了设计流速的选择范围。此外，从水力学观点来看，渠道流速大或者水流的弗劳德数（Fr=，u为平均流速，h为平均水深）偏大，如达 0.6 左右，渠内水流易产生波动，且对侧堰泄流不利。 6.0.6 据调查，我国已建水电站引水渠道绝大部分都用混凝土、浆砌石等材料进行了衬砌。 少数未衬砌或衬砌标准低的渠道，大都运行效果不良。作为以发电为主的引水渠道，要求尽量减少渗漏损失，保证渠道行水的安全可靠，故本条指出应选用耐久、防渗性能好的材料进行衬砌，且应贯彻因地制宜，就地取材的原则。