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水利技术监督理论研

水利技术监督

理论研究

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吐木秀克水电站压力前池的设计

李振纲

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000)

【摘要】寒冷地区多泥沙河流上的引水式电站面临着两大难题：冬季防冰凌问题和夏季的引水排沙问题。吐木秀克水电站通过对其压力前池的设计方案进行深入的研究，提出采用正向引水正向排冰的布置形式，同时通过增加二次排冰设施以解决电站冬季排冰的问题；采用螺旋流排沙涡管的设计方案解决其夏季排沙的问题。

【关键词】寒冷地区；多泥沙河流；正向引水正向排冰；螺旋流排沙涡管【DOI编码】10.3969/j.issn.1008-1305.2011.05.019

【中图分类号】TV732.6【文献标识码】B【文章编号】1000-8608(2011)05-0051-03

新疆由于特殊的地理及气候原因造成新疆的引水式电站在运行过程中主要面临两大问题：冬季防冰凌问题和夏季的引水排沙问题。这两个问题是一直困扰新疆地区引水式电站压力前池设计的主要难题。

新疆地处严寒地区，冬季气温低，河流的流冰期长，冰流量大，水流量小，因此冰害是冬季困扰新疆地区引水式电站的主要问题。在冬季新疆地区的大多数引水式水电站均采用输排冰运行方式。由于冬季枯水期河道来水量很少，因此电站冬季引水流量一般很小，一方面要保证发电水量。另一方面还要排冰耗水，使发电用水和排冰用水的矛盾更加突出，而此时水电站一般多采用集中于压力前池排冰的运行方式。因此压力前池排冰方式设计的成败便成为引水式水电站冬季安全运行的关键所在。用最少的水量排除尽可能多的冰凌，有效地降低排冰耗水量，提高排冰效率，解决上述用水矛盾。

新疆河流大多数属山溪性河流，河流纵坡大，上游流域植被覆盖较差，泥沙受融雪和暴雨冲刷被带入河流，造成在5～9月河道来水量较大的时期河水含沙量较大，来沙量可占全年来沙量的90%以上。从山溪性河流引水发电，虽然渠首、沉沙池及压力前池对泥沙进行逐级处理，但含沙量仍有相当数量。泥沙过机造成水轮机过流部件磨损。而且泥沙颗粒给气核造成依附条件、气蚀更容易发生。因此压力前池排沙方式设计的要点就是有效减少进入水轮机的泥沙数量以及泥沙颗粒的粒径，从而降

低水轮机部件磨损程度，延长检修周期，消除转轮补焊及部件更新给电站造成的巨大经济负担。

1工程概况

吐木秀克水电站位于吐木秀克水电站位于新疆阿克苏地区温宿县境内，它是建在阿克苏河流域支流库玛拉克河协和拉引水枢纽东岸总干渠上的一座引水式电站。吐木秀克水电站装机容量48MW,电站额定水头75.5m,设计引水流量75m3/s,年发电量2.58亿kW.h,保证出力11.2MW,电站建成后将以基荷运行为主。

阿克苏河流域地处欧亚大陆腹地，塔里木盆地边缘，远离海洋，,属典型的温带大陆性气候。工程区多年平均气温为10.3℃,极端最高气温38.1℃,极端最低气温-27.4℃。

根据协合拉水文站实测资料统计，11月至次年3月最大日平均流量720m3/s(1996年12月5日),最小日平均流量13.5m3/s(1958年2月1日)。1月份实测多年平均水温0℃,主要冰情为流冰花和流冰块。

库玛拉克河非汛期来水来沙比较小，来水来沙主要集中在5～9月，来沙量占全年的99%,其中7、8月份的强度最大，来沙量占全年的78%;其他月份水流含沙量很小，基本为清水。

协和拉水文站多年平均含沙量为3.18kg/m3,

作者简介：李振纲(1977年-),男，新疆乌鲁木齐人，工程师。

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理论研究水利技术监督2011年第5期

多年平均输沙量为1580×104t,多年平均水量为49.7×108m3。其中，最大年输沙量为3075×104t,最大年平均含沙量为5.5kg/m3,最大日平均含沙量为49.3kg/m3。

2压力前池设计原则

2.1满足输排冰布置形式的要求

由于本工程压力前池位于山前冲洪积平原区冬季气温较低，极端最低气温-27.4℃,因此压力前池的排冰问题尤其突出。通过对新疆已建的多个引水式电站的实地调研结果显示：目前最优的输排冰布置形式为正向排冰正向引水形式，其特点是输排冰方向与引水方向一致，建筑物在垂向上分层布置，上层布置排冰闸或排冰槽排冰，下层设置进水廊道引水发电，通过分层引水方式将表层含冰量较多水通过正向排冰闸排入泄槽，底层含冰量较小的清水通过引水廊道进入压力钢管。这种形式排冰闸与引水渠中心线布置在一条直线上，这样可使闸前水流平稳，闸前无回流和旋涡，排冰和来水方向一致，可以充分