低水头枢纽引水式电站优化设计方案

长江流域干支流上游河段来沙中粗颗粒泥沙较多，修建的低水头枢纽引水式电站大多采取综合性防沙措施。按其布置形式可以分为分水分沙式和隔离连通式两类。

（一）分水分沙式的防沙布置

分水分沙式防沙布置主要是利用天然河道的弯道环流作用，正面引水，侧面排沙，结合导沙坎、冲沙闸、沉沙池等工程措施，以达到尽量减少进入电站水轮机的泥沙。以映秀湾水电站和渔子溪一级水电站为例说明如下^{[19] [20]}。

1.映秀湾水电站

映秀湾水电站位于岷江上游汶川县，是岷江上游干流第一个枢纽工程，采取引水式开发，开发河段长约6.0km，河底平均比降8%。多年平均流量（1951～1964年）为381m3/s，悬移质年输沙量（1958～1964年）为849万t，年平均含沙量为0.737kg/m3，推移质年输沙量为116万t。悬移质中值粒径为0.07mm，平均粒径为0.16mm。床沙中值粒径为250mm。电站设计引用流量240m3/s，装机容量13.5万kW。首部枢纽设取水闸引水，经隧洞引水至下游地下厂房发电。水电站防沙措施包括三道防沙设施。

（1）第一道防沙设施。取水口位于弯道凹岸顶点下游，充分利用天然河道弯道的环流作用。在取水口前缘距胸墙5m处，设置一条与胸墙平行、高程沿程增加的导沙坎，胸墙与导沙坎之间形成内冲沙槽，导引较粗推移质进入泄洪排沙闸。另外，在凹岸第一孔泄洪排沙闸前设束水墙，与导沙坎之间构成外冲沙槽，起束水攻沙作用（图4-64）。

图4-64　映秀湾枢纽的平面布置图

1—防沙槽；2—导沙槽；3—束水墙；4—导漂板；5—截沙槽；6—接引水隧洞

（2）第二道防沙设施。在取水口下游60～75m范围内设置弧形的截沙槽，由两条相距5m的弧形导沙坎组成，利用施工期的出渣支洞作截沙槽的排沙道。将进入截沙槽的推移质排往下游。

（3）第二道防沙设施。在无压引水隧洞出口设沉沙池，水流经沉沙池后进入有压引水隧洞和电站。沉沙池的泥沙用吸泥船清除。

电站原设计按两级水位运行，汛期942.5m，非汛期945.0m，分界流量为550m3/s。1971年电站运行以来，改为全年高水位运用，低负荷时降低水位冲沙。运行以来未发现大量推移质进入取水口，说明电站防沙设施效果显著。

2.渔子溪一级水电站

渔子溪一级水电站是岷江上游支流渔子溪下游梯级，采取引水式开发。渔子溪水文站多年平均流量为58.8m3/s，悬移质年输沙量（1957～1971年）为120万t，年平均含沙量为0.603kg/m3，推移质年输沙量估算为24万t。汛期悬移质中值粒径为0.09mm，平均粒径为0.17mm。床沙中值粒径为185mm，电站引用流量大，装机容量16万kW。首部枢纽设取水口引水，经隧洞引水至下游电厂发电。首部枢纽综合性防沙措施包括两道防沙设施。

拦河闸布置在弯道，拦河闸由右岸非溢流段、中部3孔泄洪闸、左岸1孔排沙闸及1孔沉沙池引渠闸组成。取水口位于弯道凹岸，与拦河闸交角60°，并在凹岸设置弧形导流墙，以加强环流，将推移质导向拦河闸。取水口前端设曲线形挡砾坎。还在排沙闸和第一孔泄洪闸之间的隔墩上游，增设一道弧形束水墙，与取水口的挡砾坎形成排沙通道。挡砾坎后为沉砾池，其下游左侧为闸前非汛期取水口，右侧为沉沙池引渠闸。闸前的非汛期进水口通往引水隧洞。沉沙池引渠闸下游为上引渠、扩散段、沉沙池及下引渠，往下连接汛期进水口和引水隧洞。上引渠设截沙槽，可拦截进入引渠的推移质（图4-65）。(www.xing528.com)

图4-65　渔子溪—级水电站首部枢纽的布置图

电站原设计闸前水位按分界流量控制。1979年电站运行以来改为汛期低水位运行，非汛期高水位运行。运行情况表明，电站防沙设施效果良好，表现在如下4方面。

（1）根据渔子溪水沙年内分配特点，首部枢纽采用汛期进水口和非汛期进水口，首部枢纽汛期低水位运用，非汛期高水位运用，既保持了日调节库容，又充分发挥防沙工程设施的作用。

（2）取水口布置充分利用天然弯道并辅以弧形导流墙，非汛期低水位运用时增加弯道环流强度，有利于推移质进入泄洪闸。

（3）进水口前的挡砾坎可拦截未被环流作用带离的底沙，通过排沙闸排向下游。

（4）截沙槽能有效拦截进入引渠的推移质泥沙。

（二）内外库连通式的防沙布置

对于流量不大的山区河道，具有一定的河床坡降和地形条件的引水式水电站，利用上坝和下坝形成内库和外库，在外库设泄洪排沙槽泄洪和排走推移质，进入内库的悬移质淤在内库，清水进入电站。以礼河四级（小江）水电站即为此种布置的实例。

图4-66　以礼河四级电站首部枢纽的布置图

1—泄洪槽；2—上坝；3—进水闸；4—三级尾水暗渠；5—连通进水闸；6—四级引水隧洞；7—调节池（内库）；8—下坝；9—外库；10—盐水沟；11—底孔

以礼河四级（小江）水电站，设计要求将以礼河三级电站尾渠的清水与盐水沟汛期的浑水隔开，只取盐水沟的清水增加电能。四级电站的尾水流入小江。调节池设在盐水沟河道上，利用河道的天然弯道，设上坝和下坝构成库容为15.4万m3的内库，上坝和泄洪闸控制河道形成库容为10.9万m3的外库。内库与外库设进水闸相通。三级电站尾水暗渠、四级电站引水隧洞及内库进口形成“三通”结构（图4-66）［25］。

汛期敞开底坎高程与河道底部相平的大闸，盐水沟的洪水和泥沙可全部过闸下泄到下游河道。非汛期关闭泄洪闸，将盐水沟的清水拦蓄于外库，通过进水闸进入内库，增加发电水量。外库对盐水沟来水来沙起到蓄清排浑作用，内库则保持储存清水。电站自1970年建成后运行正常。