严寒地区引水式水电站设计和运行经验

胡兴伟　宋连东

在我国众多严寒地区中，西藏和新疆等地尤为突出，就西藏地区而言，昼夜温差大，海拔较高，干湿季节分明。基于当地的自然环境等因素，多选择引水式水电站。引水式水电站工程简易，工程造价低，水库淹没损失小，在良好的地形条件下，短距离能够集中较大的落差。也正是由于引水式水电站的自身优势，被广泛应用在严寒地区水利工程建设中，在实际应用中取得了较为可观的成效，值得推广应用。

一、引水式水电站设计概述

（一）引水枢纽的选择

水利工程建设首先应结合当地水电站工程实际需要、当地自然条件、影响工程质量因素以及其他管理因素进行综合考虑。对于引水式水电站设计，更多的是对引水问题的考虑，渠道选址时尽量选在河床较稳定的河段上，如果条件允许，可以将渠道位置选在泉水溢出带下游，有助于引用上游分流泉水，一方面能够有效增加发电水量，另一方面有助于提升水温，便于冬季水电站的正常运行。在寒冷季节，如果河道上冰量较多，可以选择合理的措施进行排冰，保证渠道排冰顺畅。在对渠道型式选择上，大多选择正面泄洪、排沙，侧面引水发电的拦河闸、坝混合式渠首，应注意水流方向，确保排冰、排沙与河道轴线一致，尽可能减少对周围自然环境的破坏，实现水量消耗少、效果理想的目的。总而言之，保证足够的引水量，才能够最大程度降低水头损失，便于施工。

在枢纽布置方面，由于西藏地区大部分为山区性河流，河流主要通过降水补给，其次为地下水和冰川融水。就西藏地区山区性河流特点，首部枢纽可以采用全闸布置，也可以采用闸、坝混合式布置方式。全闸布置的优点是泄流能力大，建筑物较低，但闸门启用频繁，运行管理难度大，运行不灵活。闸、坝混合式布置运行灵活，投资较少，便于运行管理，安全性能可靠。就西藏地区水电站建设现状而言多为引水式电站，在严寒季节运行较为困难，运行负荷无法满足正常需求。因此在设计时，应结合实际地形，考虑选用具有日调节库容的枢纽布置，这样在严寒冬季运行时，电站能够正常发电。

（二）引水渠道的设计

1.渠线选择

在西藏等严寒地区，水电站设计需要结合当地自然环境以及工程实际需要，为了保证冬季水电站能够顺利排冰，应尽量将渠线选择在河谷的阳坡，借助阳光提高水温，减少河道结冰面积。严寒地区昼夜温差大，适合耕种的土地面积较少，因此，在渠线选择中应尽可能规避耕地，使渠尾前池以下形成坡度较大的地形，有助于充分利用集中落差。此外，渠线应保持笔直和顺畅，若必须出现弯道时，应结合周围地形采用暗渠或者隧洞引水，防止渠道占用耕地面积。与此同时，渠线宜布置在挖方段，不宜布置在填方段。

2.渠道断面选择

对于地面坡度较大，起伏程度较高的山丘，应选择窄深式断面，部分渠道可以加盖板防止砂石掉入渠道中，能够更好的防止渠道水热量的流失，保持一定的恒温，减少结冰面积。对于地势较为平坦、地下水位较高的区域，有著综合利用需求的渠道，应选择宽浅式断面。这种断面有着较为突出的优势，若水渠沿线内有泉水，则将泉水引入渠道，提升渠道流量和温度，减少结冰现象的发生。诸如在日喀则康马水电站以及萨迦水电站，冬季水电站运行状况良好。

（三）压力前池

在选择前池位置时，应尽量将前池放在较为稳定的地基上，同时应规避滑坡或裂隙发育地区，全面考量对周围建筑物造成的不良影响，防止沉降事故的发生。为了保障渠道水流平稳进入前池，应考虑前池进水室中心线与引水渠中心线平行，从而保证水流通畅，减少水头损失。

引水渠道在设计时应尽量避免出现弯道，若必须出现弯道，则宜在弯道终点与前池入口处设置分流导向设施。结合水电站设计需要，水流速度不能超过0.8m/s，有助于渠道中泥沙沉积，更好的排沙，阻挡冰块或者砂石等物质堵塞压力水管。在进水室前设挡冰版，能够有效的阻挡冰块进入，挡冰板需深入前池冬季最低水位以下50cm。

二、引水式电站的运行管理经验分析

我国严寒地区大多在11月份河道开始结冰，河道中的冰块以及渠道中新生的冰块，特别容易发生渠道堵塞。及时清除渠道中的冰渣，有助于保证渠道中水流顺畅，但是在冬季期间，引水式电站需要注意一系列问题。其一，渠道中水流需要保持稳定，水流可以适当加大，但不宜减少，防止渠道大面积结冰；其二，需充分发挥排冰闸的作用，阻止渠道中的冰块进入压力水道；使用机械回转式拦污栅排冰方法，能够更有效的阻止零散冰块堵塞进水口。如果渠道中出现冰块堵塞现象，可以从下游开始排出，必要情况下，可以采用小瓶装的炸药，对冰块堵塞处进行爆破，疏通渠道。

三、结论

综上所述，尽管严寒的气候条件对电站设计造成了众多阻碍，但是在设计中，只要结合工程实际需求和周边自然环境，就能够制定出更为科学合理的电站设计方案，并以此来健全和完善相应的运行管理制度，为我国严寒地区水电站正常运转提供安全保障。

（作者单位：1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司；2.西安渭北航空工业组团保障房开发有限公司）