引水式电站尾水渠设计探讨

吴世元;赵峰

【摘 要】水电站投产运行后，尾水位由于各方面原因变动，对水电站运行也将造成一定影响，以新疆塔吉克二级水电站为例，尾水渠末端设置有坎宽顶堰，由最低尾水位计算堰顶高程，并由设计的有坎宽顶堰及最大设计流量计算最高尾水位。从而使水电站尾水不因下游渠道冲刷而变化。%after hydropower station put into operation, the tail water level changed due to various aspects reason, and caused an influence on hydropower station operation. Taking Xinjiang Tajik secondary hydropower station as an example, the end of the tailrace set broad crested weir, this paper calculates weir crest elevation by the lowest levels, and calculates the highest tail water level by the broad crested weir and maximum design flow, so that the hydropower station tail water will not change due to downstream channel scour. 【期刊名称】《水科学与工程技术》 【年(卷),期】2015(000)004 【总页数】3页(P45-46,47)

【关键词】引水式电站;尾水渠;特征水位;有坎宽顶堰 【作 者】吴世元;赵峰

【作者单位】中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院，武汉 430223;中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院，武汉 430223

【正文语种】中 文 【中图分类】TV131

在电站设计中，一般尽可能降低尾水，以最大限度利用发电水头，增加机组出力，从而增加发电［2-3］。在电站投产运行后，若下游渠道淤积，可适当清淤；若下游渠道冲刷掏空，尾水位降低，电站常处于不利运行状态［4］，需要相应提出许多补救措施［1］。 因此，电站设计希望尾水位不因下游渠道的冲刷而降低。且引水式电站的厂房一般和大坝相距较远，厂房尾水和上游大坝溢流流量相互叠加，电站尾水渠水位不完全受水轮机发电流量控制，这对计算尾水渠的特征水位带来一定困难。

以新疆塔吉克二级电站为例，提出了计算尾水渠特征水位的方法，并解决了电站尾水因下游渠道冲刷而降低的问题。 1 工程概况

塔吉克二级水电站位于皮山县垴阿巴提塔吉克民族乡境内，为两坝址（康艾孜河上及阿克肖河上）一厂址（两河汇流处），两厂房合建的引水式电站。采用无压引水隧洞，经前池接压力钢管，钢管交汇于厂房内。电站采用混流卧式水轮机组，各装3台机（2大1小）。康艾孜河引水机组设计流量：15.5×（6.46+6.46+2.58）m3/s； 阿克肖河引水机组装机容量：16.2×（6.48+6.48+3.24）m3/s；电站厂房位于康艾孜河及阿克肖河交汇处，尾水排入下游河道。 2 电站尾水渠布置

电站厂房位于康艾孜河及阿克肖河交汇处河滩，尾水接尾水渠排入下游河道。尾水渠与电站厂房纵向平行。为提高发电能力，尾水渠渠底出口基本与下游河道平齐。 3 特征尾水位常规计算方法弊端

3.1 两种特征尾水位常规计算

（1）尾水渠与下游河道距离较长（>1km），且下游水位较低，尾水渠相对较高，尾水渠内水位不受下游河道顶托。一般直接按照明渠均匀流计算尾水渠内水位。 （2）尾水渠与下游河道距离较近，尾水渠内水位受下游河道顶托，先按照下游河道常年枯水位确定尾水渠最低运行水位。然后由电站满发流量，根据下游河道水位流量关系，确定电站最高尾水位。 3.2 弊端

尾水渠与下游河道距离较近，尾水渠内水位受下游河道顶托。当下游河道冲刷严重时，最低尾水位小于设计值，电站常处于不利运行状态［4］；当上游挡水建筑物溢流与电站发电尾水流量叠加时，会使实际最高尾水位大于设计最高尾水位，减小机组发电量。

4 采用有坎宽顶堰后特征尾水位计算 4.1 最低尾水位确定

厂房最低尾水位对应的最小流量根据水轮机运行方式确定，本工程实际为两个电站厂房（各装3台机）合建，由于两个电站运行方式较为独立，可以按照其中一厂房内装机3台来确定，根据水电站机电设计手册［6］，取较小的1台机组的额定流量（康艾孜小机组满发）Qmin=2.58m3/s。

厂房最低尾水位取实测常年枯水位2340.40m，由图1可知，电站尾水渠末端设宽顶堰，考虑堰上下游水位差0.1m［7］，渠内最低尾水位取2340.50m。 图1 斜坡式进口的宽顶堰 4.2 有坎宽顶堰设计

为平顺过流，并减少水头损失，采用斜坡式进口的宽顶堰，如图1［5］。

上游尾水渠内渠底高程取平均渠底高程2337.73m，渠内水位取尾水位2334.50m，H+P=2334.50-2337.73=2.78m，根据已知的流量计算上游行进流速，上游倾角

θ取30°，先假定上游坎高P，并查《水力计算手册》表3-2-1［5］计算相应的流量系数m，再根据堰流公式计算过流能力，直到计算出的Q等于已知

Qmin=2.58m3/s为止。由此计算出上游坎高P=2.54m，相应的上游堰顶高程为2337.73+2.54=2340.27m。设计引水渠末端宽顶堰断面如图2。 图2 尾水渠末端宽顶堰断面 4.3 最高尾水位确定

最高尾水位对应的最大发电流量为所有机组满发，

Qmax=15.5+16.2=31.70m3/s。采用已设计的宽顶堰，假定堰上水深H，并查表《水力计算手册》3-2-1［5］计算相应的流量系数m，再根据堰流公式（此时，下游水位通常较低，不考虑淹没σ=1.0）计算过流能力，直到计算出的Q等于已知Qmax=31.70m3/s为止。由此计算出堰上水深H=1.23m，相应的尾水渠内最高尾水位为2340.27+1.23=2341.50m。 5 计算方法对比

采用常规设计方法，不利于充分发挥机组的最大出力效率。

尾水渠后增设有坎宽顶堰，当电站尾水渠下游渠道冲刷时，电站的最低尾水位也不会发生变化，从而保证了电站的运行［4］；而电站的最高尾水位也不会因为下游渠道水位降低而降低，从而保证了水轮机的有效出力。 6 结语

（1）很多电站只是在下游渠道冲刷较大时，才在下游设计雍水堰［4］。本文以新疆塔吉克二级水电站尾水渠设计为例，未雨绸缪地设置了雍水堰，并给出了具体设计方法。

（2）在尾水渠末端修建的宽14m的宽顶堰，解决了工程实际中遇到的相关问题，且工程量极小，有利于相关设计人员借鉴。

【相关文献】

［1］陈野鹰.水口电站尾水位下降治理技术及壅土堰设计［J］.水电能源科学， 2010， 28（8）：113-114.

［2］肇磊.降低尾水位提高发电效益［J］.农业与技术，2007，27（5）：107-109.

［3］梁福林.梯级水电站降低尾水位增加发电效益研究［J］.水电能源科学， 2010， 28（8）：123-126.

［4］林家洋.浅谈尾水位降低对机组运行安全性的影响［J］.福建电力与电工， 2008， 28（4）：41-43.

［5］武汉大学水利水电学院.水力计算手册（第二版）［K］.北京：中国水利水电出版社，2006. ［6］水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册（水力机械）［K］.北京：水利电力出版社，1983.

［7］SL 265—2001，水闸设计规范［S］.