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科技创新□赵磊杜平收稿日期：2020-06-02作者简介：赵磊，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，高级工程师。
杜平，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，高级工程师。
摘要根据电站位于潘家口水库末梢的实际情况进行水能分析，初步选定3个装机方案，经过对比分析，确定3台异型机组相组合的装机推荐方案，结地形、交通等情况，最终确定电站总体布置方案，并提出电站调度运用原则。
关键词水电站；装机方案；装机容量门子哨水电站位于潘家口水库末梢，尾水受库水位顶托影响较大，水能计算呈现出丰水年发电量较小，平水年发电量多于丰水年，而枯水年发电量较大的特点，越是丰水年水库水位越高，电站发电水头越小，甚至为负水头，致使电站发电量较小，甚至不能发电。
门子哨水电站厂房、厂区按20年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核。
结合本工程实际情况，通过水能分析和计算研究，确定了装机推荐方案和工程布置方案，旨在为类似工程提供参考。
1.工程概况门子哨水电站位于潘家口水库库区末梢兴隆县境内滦河上，利用水库低水位运行期，集中滦河水头落差发电，属低水头电站。
该电站开发河段自柳河入滦河口至门子哨村第一个弯道末端，开发河段约10km ，集中落差约14.5m 。
电站引水枢纽上游设计水位222.5m ，电站下游河道水位受水库蓄水位影响，可开发利用水头约11.87m 。
电站装机容量4600kW ，设3台大小机组（1000kW +1600kW +2000kW ），多年平均发电量1249.5万kW·h ，装机年利用小时数2716h 。
2.水能计算和装机方案结合本工程实际情况，电站水能计算按常规典型年法进行计算已失去意义，不能准确反映电站发电情况。
基于此，电站水能计算采取根据潘家口水库站址处25年（1991～2015年）逐日入库平均流量、平均库水位和电站下游尾水位与流量关系曲线，逐年逐日进行计算。
初步选定3个装机容量方案，即方案1装机3850kW （1000kW +1250kW +1600kW ）、方案2装机4600kW（1000kW+1600kW+2000kW ）、方案3装机5100kW （1000kW +1600kW +2500kW ），并针对这3个装机容量方案，分别计算电站多年平均年发电量、装机年利用小时数、加权平均水头及水能利用率等。
中华人民共和国行业标准水电站引水渠道及前池设计规范发布实施中华人民共和国水利部发布中华人民共和国行业标准水电站引水渠道及前池设计规范主编部门电力部水利部北京勘测设计研究院批准部门中华人民共和国水利部年月日中华人民共和国水利部的通知号以北京勘测设计研标准名称和编号为本标准自年月在实施过程中各单位应注意总结经验如有问题请函告水一九九八年三月三十一日前言年分水力发电本规范所包括的内容有本规范首次编制本规范解释单位本规范主编单位参编单位有疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院本标准主要起草人韩立罗观育艾克明谢致刚吴季宏麦达铭陶志成沈征明宋友海谢文伯唐进虎吉尔格昌卫安鲍筱斌总则引水渠道布置引水渠道纵坡及横断面设计前池及调节池布置设计水力设计结构设计和地基处理附录侧堰水力计算附录前池虹吸式进水口的设计附录引水渠道恒定流水力计算附录引水渠道系统的涌波计算引水渠道和前池的设计引水渠道和前池的设计引水渠道布置引水渠道型式的选择符合下列条件可选择自动调节渠道渠道进水口水位变幅不大引水渠道线路的选择引水渠道的弯曲半径衬砌渠道宜不小于渠道水面宽度的面宽度的寒冷地区渠道线路的选择引水渠道进水口的闸门设置具备下列条件的自动调节渠道可不设事故检修闸门应根据水工建筑物级别按表确定如果应根据泄洪情况确定防护范围和相应的工程措表引水渠道及渠系建筑物的防洪标准引水渠道上建筑物布置当有超过电站引用流量的多余水侧堰水力设计应满足下列要求过堰水流应保持自由出流堰后应因地制宜布置侧槽或陡槽泄水和必要的消能防冲设施侧堰水力计算按附录在多泥沙条件下引水渠道纵坡及横断面设计引水渠道纵坡宜按下列条件选择不衬砌的岩石渠道以及输冰运行渠引水渠道在设计流量下的平均流速按衬砌设计按引水渠道的边坡和堤顶宽度可按突然丢弃全部负对小型工程可按对傍山开挖的引水渠道所形成的高边坡对高陡边坡及地质条件复杂的边坡前池及调节池布置设计前池的布置设计前池的布置充分注意前池建成后水文地宜小于或等于重要工程或布置条件复杂的前池条件适宜时按当小型水电站前池内的水位变幅在可采用矩形或前池内设置侧堰式等因素合理选定当采用非正面排沙时调节池的布置设计根据所需的调节容积和消落深度利用天然洼地或与引水渠道结合或相连通调节池应做好防渗设计对多泥沙渠道水力设计水力设计应完成下列各项任务此时引水渠道系统应以均设计频率枯水期的最小引水发电流量最低运行水位应保证满足引水渠道前池系统恒定流的水力设计和计算应完成下列各项任务对于渠道沿程上设置两道侧堰的情况当存在入渠流量时应分别计算机组正常应按明渠均匀流进行计算对非棱柱体渠道恒定流水力计算按附录水电站引水渠道前池系统涌波计算按本规范附录初始条件为渠道进水口前为正常水位在设计流量下引水渠道前池系统为恒定流满负荷运行结构设计的一般规定建筑物的结构设计应包括下列内容荷载及其组合基本荷载包括特殊荷载包括基本组合由基本荷载组成特殊组合由基本荷载选择最不利的可考虑排水失效的情况作为特殊组合如存在降低前池水位检修的工况则应考虑实际情况进行核算稳定计算沿基底面的抗滑稳定安全系数应按抗剪断强度公式计算式中计算沿基式中规定的挡水土堤设计应按强度计算地基处理设计地基处理设计要性和部位作用水头的大小等建筑物建基面及边坡坡面开挖应按设计要求成型其开挖深度应根据要求结合地质条图明渠侧堰溢流示图如图当把堰上水头用侧堰首末端的平均值来表示即且其流量系数用表示时侧堰的泄流能力公式为以上各式中可取水流弗劳德数范围内其这里要指出的是尽管侧堰段前后流量的平衡关系是相适此时侧堰下游引水渠道流量近似看作堰泄流量的条件下的动态平衡并且水轮机导叶按对于图所示的矩形断面虹吸式进水口其特点是其主要参数可在下面的范围内选择图矩形断面虹吸式进水口示意图喉道断面的宽高比喉道中心半径与喉道高之比进口断面积与喉道断面积比喉道断面积与压力管道面积比进口断面和喉道断面间的水平距离与其高度之比当断面和间的上肢段采用圆形断面时其主要特点是缩段长度宜大于或等于进水口直径的最大负压值出现在喉道断面顶点点的最大负压值按下式确定式中式中计算断面处的大气压强水柱高可由表在体型拟定后可表水温与水的汽化压强水柱高关系表最小淹没深度式中喉道断面的水流弗劳德数虹吸的发动与断流宜选用以下的几种装置和方法来实现水力真空装置在已知值时真空破坏时的瞬间最大进气量可按式式中真空破坏阀系统的流量系数对于虹吸发动和断流的装置和方式明渠恒定均匀流的基本公式流速公式流量公式流量模数满宁公式式中满宁粗糙系数水面线以型壅水曲线和求解明渠恒定缓变流水面曲线宜采用逐段试算法逐段试算法式中和和和或式中和则和和水位变化量图水位变化量求解图矩形断面明渠内桥墩的水位变化量可按图值作水平线和图内已知出乘的右上角小图按式中渐变段长度和中的值可按照图和表图渐变段形状图对明渠各种形式的渐缩或渐扩的值参照图和表表渐变段的局部损失系数注表中局部损失系数故其明渠渐变段的长度须按此角度推计算其中损失系数表明渠渐变段局部损失系数式中弯道中心线半径式中对于梯形和矩形明渠的简单圆曲线式弯道可取当弯道中心半径与水面宽度之比值大于时八字斜墙图渐缩段与渐扩段的型式按明渠非恒定流的基本方程圣维南方程进行涌波计算对任一形状断面棱柱体明式中平均流速沿渠底度量的距离向下游为正对于求解的水电站引水渠道中的涌波属于弱解对下游边界条件一般为出流量变化条件此时忽略压力管道中的水弹性水电站突然丢弃负荷或增荷时在引水渠道系统中所产生的正涌波或负涌波也可用行进行进波所携带的流量波流量可用式波的传播速度的公式为式中梯形断面的边坡系数中的各参数应写成和对于逆行波根号外取对正涌波根号内取对负涌波取电站突然丢弃负荷在引水渠道系统中产生逆行正涌波而突然增荷时如图当电站突水电站突然甩负荷时涌波分析示意图减至当丢弃全部负荷时这时在前池引水渠道系统内将产生渠中水最高水位的面传播到渠首断面所需的时间相应于丢弃负荷时刻的初始波高和波速的断面和距渠道末端断面为的断面面行进到时间式中断面与为而其中式中和和断面和断面任设一个出沿程各断面的逆行正涌波传播到渠首断面的总历时式中在而前池处有式中断面第二阶段所需的时间波流量式中断面反射波的传播速度可采用简化了的公式式中和分别为当渠中水位为将下标换成便可求出相应的求出各段的涌波平均传播速度所需的时间图渠末水位随时间变化关系图面所需的时间涌波往返一次的总历时处的最高水位图中的为断面处未受扰动的初始为突然丢弃负荷后的瞬间升高水电站突然增荷时前池引水渠道系统最低水位计算相水电站突然增负荷时涌波分析示意图计算仍可分相应于电站增加负荷时刻的波高和波速如果初始流量在电站突然增加负荷式和和处相应于依断面和断面间的流量连续条件和缓变流动条件可有式中断面值进行计算直到所设的值为时当随着逆行负涌波向上游推进在断面时的水位而已知断面的最低水位高程包括断面计算时假定其坡降由下式决定图渠末水位随时间变化关系图逐段计算求出反射波从断面进而得到涌波往返一次的总历时从中查取断面处的最低水位对于自动调节渠道上述任何方法即对引水渠道系统来说控制工况是将恒定流时的堰上水头乘以的系数对侧堰的系数构成新的水面线在此基础上再加安对于入渠流量的流量泄出的条当侧堰处于前池内或靠近前池处时其处理方法同本条第波高度款的方法的系数构成新的水面线。
新疆某枢纽工程鱼道的设计
陈国亮;李爱英
【期刊名称】《水生态学杂志》
【年(卷),期】2013(34)4
【摘要】新疆某枢纽工程为低水头拦河建筑物,位于河流平原区,两岸地形平坦开阔。
11月-翌年3月,泄洪闸全部开启,河道基本为自然状态,鱼类可以自由通过;4-10月,部分泄洪闸关闭,是本工程的过鱼季节。
过鱼对象主要是新疆裸重唇鱼等需要短距
离迁徙的裂鳆鱼类,兼顾草鱼、鲢等经济鱼类。
综合考虑诱鱼能力、过鱼能力、鱼
类适应程度、建造成本和运行维护等因素,其过鱼设施经过比选后选定为仿自然通
道型鱼道。
介绍了该工程仿自然通道型鱼道的论证与设计过程,为低水头拦河建筑
物的过鱼设施设计提供借鉴。
【总页数】5页(P38-42)
【关键词】低水头拦河建筑物;过鱼设施;仿自然通道型鱼道
【作者】陈国亮;李爱英
【作者单位】新疆水利水电勘测设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TV222;S956.3
【相关文献】
1.湘江长沙综合枢纽工程鱼道选型设计 [J], 刘新征
2.曹娥江大闸枢纽工程鱼道设计与实践 [J], 王军;陈舟
3.新疆某拦河引水枢纽鱼道设计 [J], 王鹏
4.岷江犍为航电枢纽工程鱼道进口诱鱼装置设计 [J], 胡萍
5.新疆某水利枢纽鱼道进口设计与研究 [J], 李梅;禹作利
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
低水头引水枢纽防沙布置研究徐国宾 任晓枫摘 要 随着低水头引水枢纽的广泛应用,国内外在枢纽引水防沙布置方面积累了许多成功经验。论述了不同类型的低水头枢纽布置型式、适用条件以及枢纽河势规划及河道整治。关键词 低水头 无坝引水枢纽 有坝引水枢纽 引水防沙
在多沙河流上修建低水头引水枢纽面临着一个十分突出的问题就是泥沙问题。对泥沙问题处理是否恰当,直接关系到工程的成败。低水头引水枢纽分无坝枢纽和有坝枢纽两大类。无坝枢纽引水方式简单,投资少、见效快,适合在大江大河上取水。如我国黄河中下游引水枢纽多为无坝枢纽。但是无坝引水受河床演变、主流变迁及河道水位变化影响较大,引水保证率较低。一般说来,无坝枢纽引水比应不超过20%～30%。当无坝引水不能引进渠道设计流量时,需要考虑修建有坝引水枢纽。1 无坝引水枢纽1.1 引水口位置选择及河道整治无坝引水口所在河段应当河势稳定,主流靠近引水口。河流弯道的凹岸是修建引水口门最理想的地方。根据弯道演变规律及环流理论,在弯道凹岸顶点的下游某一位置,环流作用最强,水深最大,引水口宜布置在这个位置上。该位置大约距弯道起点距离为河宽的4～5倍,也可以通过公式估算[1、2]。目前设计中最常用的公式是杜立涅夫公式,即 L=KB4R/B+1式中,B为河宽;R为弯道曲率半径;K为比例系数,一般取0.8～1.0。在实际选择引水口位置时,应尽量避开河势不稳,对引水不利的河段,如分汊、游荡和顺直河段。如果引水口需要修建在这些河段上,就得进行必要的河道整治。采用的整治建筑物大多为丁坝、顺坝、和锁坝等。此外,在支流入汇的上下游附近不宜布置引水口。1.2 枢纽引水防沙布置引水口位置确定后,影响引水防沙效果的主要因素是引水口的引水角,底板高程及口门前局部防沙设施。河道主流线随流量大小而变化,引水角也有一定变化幅度,应选择河道常见的中低水位的引水角作为引水口的设计引水角,该角度一般在30°～45°为宜。引水口底板高程根据设计流量及床沙颗粒粗细而定。床沙颗粒愈细,底板高程就愈高。对于沙质河床,底板高程应比河床平均高程高1.5～2.0m,对于砂卵石河床,底板高程应比河床平均高程高1.0～1.5m[3]。也可根据悬沙分布特点,将底板高程选择在悬沙垂线分布曲线近河底拐点以上,具体计算公式见文献[2]。一般说来,在满足引取设计流量前提下,底板应尽可能抬高一些,这样可有效地减少进入渠道的泥沙数量。引水口门前的局部防沙设施主要有:导沙坎、活动叠梁和拦沙坎等。
2 有坝引水枢纽2.1 枢纽布置型式及适用条件2.1.1 低坝式低坝式引水枢纽主要适用于平原沙质河床,并且多修建在中小河流上。一般由溢流低坝、冲沙闸、冲沙槽及进水闸等组成。根据进水闸位置又分为侧面引水式和正面引水式两种。2.1.1.1 侧面引水式侧面引水式的进水闸布置在河岸侧面。进水闸的引水角呈锐角,以削弱横向环流作用,减少入渠泥沙。进水闸的进水口前沿既可以和冲沙闸垂直,也可以和冲沙闸呈一钝角(见图1)。当进水口前沿和冲沙闸垂直布置时,进水闸引水角一般宜在30°～60°之间选择。当进水口前沿和冲沙闸呈钝角布置时,根据印度经验[4],该钝角在105°～110°,即引水角为75°～70°,防沙效果较好。冲沙闸位于溢流坝的一端,靠近进水闸处,其主要作用是冲刷淤积在进水闸前泥沙,并将河道主槽控制在进水闸前。冲沙闸要有足够的泄流宽度,这是枢纽能否正常运用的关键。如果冲沙闸宽度过窄,就很难在进水闸一侧形成稳定的主槽,引水将无法得到保障。文献[5]认为,冲沙闸宽度取决于主槽河床形态,应与相应的造床流量塑造的枢纽段主槽河宽相适应,并给出了具体计算方法。冲沙闸上下游设分水墙与溢流坝隔开。在冲沙闸上游,靠近进水闸一侧形成冲沙槽。当冲沙闸关闭,进水闸引水期间,部分泥沙淤积在冲沙槽内。当冲沙闸开启,降低水位集中冲刷槽内淤沙。为了使冲沙槽内具有一定的蓄沙容积,同时避免大量底沙入渠,进水闸底板至少应高出冲沙闸底板1～4m。冲沙槽长度一般应超过进水闸上游端5～10m。为了在冲沙槽
・27・ 1999年第3期·DWRHE
水利水电工程设计内形成有利于引水防沙的人工环流,槽内需设置潜没分水墙和导沙坎等局部导流设施。这些局部导流设施只有在低水位排沙运行时,才能较好地发挥作用,壅水运行条件下,其效果并不明显。根据冲沙槽平面布置形式,又分顺直形和弧形冲沙槽。由于水流经弧形冲沙槽能够形成有利于引水防沙的横向环流,其引水防沙效果优于顺直形冲沙槽。图1 顺直形冲沙槽布置2.1.1.2 正面引水式侧面引水口在分水时,水流要产生弯曲。由于表层流速大、底层流速小,所以底层含沙量大的水流分水宽度始终大于表层较清水流的分水宽度,造成大部分底沙进入渠道。为了改变这种不利于引水防沙的水流结构,除了在引水口前设置局部导流设施外,有的工程将进水闸与冲沙闸呈一字形排列布置在河床内,使引水口面对河道水流方向形成正面引水式。除了引水口为正面引水外,其它布置同侧面引水式。正面引水式的另一种布置型式如图2所示。它与上述低坝式枢纽主要不同之处是在引水口门后接了一段较长的引渠(亦称引渠式枢纽)。引渠的作用同冲沙槽,由于引渠较长,泥沙淤积容量大,效果比冲沙槽好。引渠的末端设计成弯道,并按正面引水、侧面排沙原则布置进水闸和冲沙闸,在我国青海省应用较多,实践表明,引水防沙效果较好[6]。图2 低坝引渠式正面引水枢纽布置2.1.2 拦河闸式拦河闸的主要作用是,在正常引水期间关闸壅水,使泥沙尽量落淤在库区,减少入渠泥沙;汛期敞开泄流排沙,将前期淤沙排往下游,恢复库区主河槽,以保持冲淤平衡,可供长期使用的有效库容。拦河闸的布置应与枢纽所在河段的冲淤特性相适应,避免因修建拦河闸而过多改变河道原有冲淤特性。拦河闸过水宽度与河道冲淤特性变化密切相关。合理的拦河闸宽度是在汛期敞开闸门渲泄造床流量时,库区不产生壅水,保持天然流泄水冲沙状态,有效地将库区淤沙排往下游,恢复主河槽。具体计算方法见文献[5]。2.1.3 分层式分层式引水枢纽适用于山区卵石河流。它是根据推移质泥沙集中分布在水流底层这一特点,采用工程措施,沿水平方向将水流分为表层和底层。表层较清水流通过进水闸引入渠道,底层含沙水流通过冲沙闸排往下游河道。根据分层设施结构,又分为悬板分层式和竖井分层式。悬板式多用于大中型工程,而竖井式多用于中小型工程。2.1.3.1 悬板分层式悬板分层式在进水闸和冲沙闸前设置一道水平悬板将水流分层(图3)。其它建筑物布置原则基本同低坝式或拦河闸式。所不同的是,进水闸前水流行近段应整治成直线段,并应有足够的长度,用来稳定水流流态和调整泥沙分布,以便悬板能够有效地将底层水流分割出来。这类枢纽的进水闸既可以布置在侧面,也可以布置在正面。
图3 悬板分层侧面进水式枢纽布置悬板下部需要设支墩支承悬板。支墩可以做成连续隔水墙型式,沿河道水流方向形成冲沙廊道,起到束水攻沙作用,提高冲沙效果。悬板前沿设计成流线形,以保证水流平稳分层,避免产生漩涡,将推移质卷起使其跃上悬板顶部。悬板高度考虑泥沙沿垂线分布规律,通常为闸前设计水深的1/3～1/4,此外还应满足悬板底部检修要求,并保持其顶部高程与进水闸底板高程齐平。如果进水闸布置在侧面,悬板前沿应至少延伸至进水闸的上游端。而悬板宽度一般不超过直线整治段宽度的50%,因为过多地增加悬板宽度对提高冲沙效果并不明显,反而由于悬板的阻水作用,使冲水闸降低泄流能力,容易使直线整治段产生壅水,降低水流流速,对冲沙不利。2.1.3.2 竖井分层式竖井分层式是利用冲沙闸的闸墩向上游延伸的部分在顶部开孔形成竖井。在竖井下部设置集水廊道,通过廊道将水流输送至渠道。竖井顶部距冲沙闸底板高度应根据河道水流及泥沙特性确定,如新疆努尔河竖井式枢纽,其竖井高度为1.5m[7]。除此之外,其它布置要求同悬板式。2.1.4 底栏栅式底栏栅式引水枢纽能有效地防止粗颗粒泥沙进入渠道,适用于山区卵石河道上的中小型工程。主要由底栏栅坝、冲沙闸、溢流坝等建筑物组成(见图4)。
・28・
低水头引水枢纽防沙布置研究·1999年第3期 图4 底栏栅式引水枢纽布置冲沙闸设置在主河槽中并紧靠底栏栅坝的一端。若为两岸引水,冲沙闸应设置在中部主河槽,两侧为底栏栅坝。这类枢纽的主要取水建筑物为底栏栅坝,坝前常设导沙坎,导沙坎能有效地将底沙导向冲沙闸一侧。底栏栅坝内设集水廊道,廊道顶上盖有栏栅,河水经栏栅进入廊道,然后输送至渠道。底栏栅坝顶应高出冲沙闸底板高程,一般高出1.5～3.0m[8]。栏栅顺水流方向安放,并带有一定纵坡。栏栅的纵坡及栅条的间距、形状是影响底栏栅流量系数的重要因素,可通过水工断面模型确定。栏栅容易被推移质及其它漂浮物堵塞,为了保证引取设计流量,实际栏栅面积应比设计流量面积增加20%～30%。栅条间距除影响流量系数外,还直接影响进入廊道的泥沙数量。栅条间距应根据河流推移质泥沙颗粒级配确定,要求能拦截来沙量的60%～70%。2.1.5 弯道式弯道式引水枢纽适用于推移质为卵石的山区河道,多用于大中型工程。它是利用弯道环流原理,将水沙分流,达到正面引水、侧面排沙目的。这类枢纽主要由拦河闸或溢流低坝、引水弯道、进水闸和冲沙闸等组成(见图5)。
图5 弯道式引水枢纽布置引水弯道的作用是形成横向环流,以便凹岸引水,凸岸排沙。弯道内的环流愈强烈稳定,引水排沙效果愈好。所以,引水弯道设计关系到整个枢纽的成败。在弯道设计中,首先要正确选择弯道设计流量,它是设计弯道尺寸所依据的基本参数之一。合理的弯道设计流量应大于进水闸设计流量2倍,并且是每年汛期经常出现的流量[9]。引水弯道几何尺寸的确定主要依照一些经验公式,计算结果有较大的随意性。文献[10]从理论上对引水弯道的设计进行了探索,根据最小能耗率理论,利用优化计算方法,对引水弯道进行优化设计。优化计算结果给出了弯道底宽、曲率半径、中心长度、纵向比降及水深和流速。进水闸和冲沙闸按照正面引水、侧面排沙原理布置在引水弯道的末端。进水闸设在凹岸,其中心线与弯道切线方向一致,面对水流方向。进水闸前修建曲线形导沙坎,以便进一步加强进水闸前横向环流作用,将底沙导向冲沙闸。进水闸底板高程一般高出冲沙闸底板1.0～1.5m。冲沙闸设在凸岸,为了使冲沙闸各孔尽可能均匀泄流排沙,冲沙闸与进水闸中心线夹角应小于40°上述5种有坝枢纽是最基本布置型式,可根据河道具体情况及引水需要将它们进行一定组合,设计出适合当地具体情况的枢纽。但无论选择什么型式枢纽,最好经过模型试验论证,以达到预期目的。2.2 枢纽的河势规划及河道整治2.2.1 河势规划在选择枢纽位置时,应充分利用弯道水沙运动特点,尽量选择在弯道河段上。拦河建筑物轴线应布置在弯道的末端,这样既充分利用弯道环流作用,又避免由于拦河建筑物上下游凸岸一侧的泥沙淤积,造成泄水建筑物泄流不均匀,影响泄流能力的弊端。此外,还应使枢纽位于河床稳定、河岸坚固的河段上。对于山溪性河流,出山口处或以上河段较为稳定,而山前冲积扇宽浅河段是泥沙主要补给区,河床不稳定,不宜修建枢纽。枢纽各建筑物布置要紧凑,尽量避免分散布置。进水闸布置在凹岸。冲沙闸或泄洪闸应紧靠进水闸布置,其闸底板高程取决于河流冲淤特性及枢纽引水比大小。对于卵石河道,泄水建筑物下游消能不宜采用常规的消力池,大多采用裙板、护坦加深齿墙等消能方式[11]。进水闸有时不得不布置在弯道凸岸,文献[12]通过分析弯道水沙运动特性指出,应将进水闸布置在凸岸的边滩倒套或凸岸支汊以及凸岸边滩滩唇以内,这些部位底沙较少进入,有利于枢纽引水防沙。2.2.2 河道整治河道上下游整治工程主要是在主河槽两侧沿水流方向修建导流堤。必要时,可在河道上游修建一些丁坝、顺坝和锁坝等,以消除横向水流、汊流等,使水流平顺进入闸坝前。导流堤之间宽度应等于稳定河宽。稳定河宽可以选择适合当地具体情况的河相关系式计算。如果有条件,最好通过现场实地查勘确定。影响稳定河宽的主要因素是造床流量。选择什么样的流量作为造床流量,低坝式枢纽与拦河闸式枢纽不同。通过对已建成运行较好的工程分析[5],低坝式枢纽应选择多年平均流量作为造床流量,才能在进水闸一侧形成稳定的低水位主河槽。拦河闸式枢纽应选择汛期平均流量作为造床流量,才能在低水位冲沙时恢复库区中水位主河槽。对于引水比较大的枢纽,下游造床流量与上游不同,应扣除进水闸引取的那部分流量。如果引水比较小,可忽略这部分引水流量,视上下游造
