譚立清，何忠富

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110006）

1 工程概況

巴基斯坦Naltar水電站，位于巴基斯坦北部地區(qū)Gilgit市Naltar河中上游，是該河道梯級開發(fā)規(guī)劃中的中梯級電站（上梯級和下梯級暫未開發(fā)），工程以發(fā)電為目的。樞紐主要建筑物由取水頭部、沉砂池、輸水渠道、電站前池、壓力鋼管、電站廠房、尾水渠、升壓站、城區(qū)中心變電所、輸電線路等部分組成。電站裝機為3臺單機容量6MW的臥式?jīng)_擊式水輪發(fā)電機組，總裝機容量18MW，單機引用流量1.75m3/s。

2 泥沙及地質(zhì)

（1）泥沙。Naltar河是一個山區(qū)河流，98.00％的水都來源于山，河床和山谷都是由漂石、礫石和砂組成的。在低河段水流狀況多數(shù)是紊流，懸移質(zhì)主要受地貌結(jié)構(gòu)的影響，泥沙來源于冰川、暴風(fēng)雨的降雨，山體滑坡，坍坡和溝蝕。

根據(jù)巴基斯坦水電發(fā)展署對Naltar河推移質(zhì)和懸移質(zhì)實測數(shù)據(jù)分析，Naltar河年均推移質(zhì)輸送量為281萬t，年均懸移質(zhì)為315萬t（均主要發(fā)生在汛期）。

（2）工程地質(zhì)。壩址處呈不對稱“U”谷，寬約30.00m（含左側(cè)道路），左右岸山坡立陡，主河床覆蓋層為第四紀(jì)沖洪積層，厚度約2.00～5.00m，由架空漂、卵石組成。

3 取水方案設(shè)計

根據(jù)河道地形、地質(zhì)及泥沙條件，基本否定了無壩取水方式，工程最初設(shè)計重點考慮溢流壩結(jié)合沖沙閘、引水閘方案，該方案是比較常用的引水型式，具有可靠度高、運行方便，容易管理等特點。但在對河道推移質(zhì)深入研究過程中發(fā)現(xiàn)，由于河道坡度陡，洪水時流速大，固體徑流不僅量多，而且平均粒徑很大，包括粗砂卵石以至大塊石，原設(shè)計方案很容易在在引水閘和沖沙閘閘前形成大塊石堆積，卵石填充，導(dǎo)致壩前庫區(qū)會很快淤平，阻礙河道水流進入進水閘，影響引水流量，同時坡陡水急，大粒徑卵石對沖砂閘門的撞擊對工程也構(gòu)成威脅，難以解決。

在對該地區(qū)河道引水式電站調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)引水頭部普遍采用閘壩結(jié)合方式，在類似河道均存在上述缺陷，導(dǎo)致電站維護費用高，經(jīng)常有電站停機現(xiàn)象。鑒于當(dāng)?shù)毓こ叹S護和管理水平，閘前堆石清理極為困難，采用閘壩結(jié)合方案難以滿足工程要求。

利用底欄柵壩式取水方式，解決了大粒徑卵石對沖砂閘門的撞擊，部分漂石、卵石堆積于壩前，部分卵石、砂礫石沖向壩下游。鋼制柵條有效的阻止粗大顆粒泥沙進入取水廊道，細小顆粒泥沙經(jīng)沉砂池沉淀后，水質(zhì)滿足發(fā)電用水要求。底欄柵壩式取水頭部與其它形式的取水渠首比較，具有布置容易、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、工程造價低、易于運用管理等優(yōu)點。

4 底欄柵取水壩設(shè)計

（1）底欄柵壩布置。底欄柵壩壩址的選擇，應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)、水文等自然條件，為使廊道進水條件好，底欄柵壩軸線宜布置成垂直于天然主河流。該工程確定的底欄柵壩址兩岸有較好巖體出露，經(jīng)布置，壩全長17.00m，右壩頭1.45m混凝土溢流堰體與巖體相連接，左壩頭1.45m空心混凝土溢流堰體與擋土墻連接，底欄柵柵段長14.10m，壩頂高程為1 528.46m，最大壩高4.96m。壩上游設(shè)寬度為2.50m的漿砌石護底，下游設(shè)長度為10.00m的漿砌石護坦，漿砌石厚度為0.50m。底欄柵壩廊道寬3.00m，底欄柵壩廊道底坡由4段折線連接。水通過暗涵引至沉砂池，暗涵出口設(shè)有閘門。閘門采用兩孔，孔口尺寸1.50m×1.50m，閘底板高程為1 523.74m；在閘門上方設(shè)閘門啟閉機工作平臺，工作平臺高程為1 528.90m。

欄柵設(shè)計采用值：柵隙s=8.00mm；柵條寬度t=14.00mm；柵條高度h=40.00mm；底欄柵傾斜坡度i=0.25。

（2）水力計算。底欄柵壩泄洪采用有坎寬頂堰計算，工程選址河床高程1 527.000m，寬頂堰坎高1.460m。

經(jīng)計算，設(shè)計流量143.00m3/s（P=2％）時：堰上水頭H=2.785m；設(shè)計水位1 531.245m（P=2％）；校核流量192.20m3/s（P=0.5％），堰上水頭H=3.350m，校核水位1 531.810m（P=0.5％）。

底欄柵廊道水力設(shè)計參照取水輸水建筑物叢書《取水工程》，該設(shè)計廊道的流態(tài)采用無壓，底欄柵進流流量采用E.A.札馬林、B.B方捷耶夫的計算方法。柵欄寬度根據(jù)地形取14.00m，經(jīng)計算，欄柵水平投影長度2.43m，考慮欄柵間隙堵塞，設(shè)計欄柵水平投影長度取3.00m。

廊道內(nèi)水面曲線的計算，采用近似等流速法，為保證廊道內(nèi)水流為無壓狀態(tài)，底欄柵底距水面留有0.30m的超高，底坡根據(jù)底欄柵側(cè)槽水力計算和施工方便，采用4段折線連接。

該工程山區(qū)河床及河岸抗沖刷能力較大，底欄柵壩對河流過流影響相對較小，通過計算，收縮水深與臨界水深相差不大，如果采用常規(guī)底流消能中的消力池，推移質(zhì)可使它很快淤滿，而不起作用；該工程采用的是下深防沖墻的形式，為減小管理維修的目的出發(fā)，不按設(shè)計拋石坑的方式（拋石坑設(shè)計洪水過后必須要恢復(fù)，如不恢復(fù)將危及工程），而是按天然河床顆粒來計算沖刷坑的深度，防沖墻均下至沖刷深度以下，以保安全。

滲流計算采用阻力系數(shù)法，經(jīng)過計算，校核水位對應(yīng)單寬滲流量為0.000 85m/s；出口滲透坡降為0.09，小于管涌型地基土破壞允許坡度0.20，底欄柵壩不過流時對應(yīng)單寬滲流量為0.000 24m3/s，滲流損失0.004m3/s，河流最小流量Q=1.80m3/s。滲流損失相對較小，對引水量幾乎沒有影響，因此，未對基礎(chǔ)進行防滲處理。壩體抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力均滿足設(shè)計要求。

5 實際應(yīng)用

工程于2005年開工，2007年5月竣工發(fā)電，施工期間壩前通過一次洪水后基本被塊石淤平，沉沙池內(nèi)淤沙也較為嚴(yán)重。工程通過近3年的運行證明，利用底欄柵壩式取水方式很好的解決了推移質(zhì)對引水的影響，同時利用推移質(zhì)卵石對欄柵的碰撞，可減少和排除堵塞底欄柵的漂浮物和卡石，從而達到引水防漂防沙的目的。

通過對沉沙池運行監(jiān)測，證明了沉沙池設(shè)置的必要性，減輕了電站前池淤積壓力。經(jīng)現(xiàn)場管理人員反映，電站運行良好，底欄柵引用流量在平水期間能夠同時滿足發(fā)電和沖沙需求，取水頭部基本可以達到無人值守。

6 存在問題

在工程度汛期間，由于超設(shè)計尺寸的巨形塊石滾落，造成欄柵柵條局部破壞，整體翹曲，同時，高流速夾粗粒徑卵石對混凝土壩面破損較為嚴(yán)重，局部保護層（0.10m厚）破壞，后又采用鋼板保護。

［1］宋祖詔，張思俊，詹美禮.取水工程［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.

［2］李 煒，徐孝平.水利學(xué)［M］.武漢：武漢水利電力大學(xué)出版社.