田建海，付希文

（1.中國水電顧問集團華東勘測設計研究院，浙江 杭州 310014；

2.吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130021）

1 工程概況

沙坪二級水電站位于四川省峨邊彝族自治縣境內的大渡河干流上，下接已建的龔嘴水電站。樞紐主要由河床式廠房、泄洪閘、魚道等建筑物組成。河床式廠房布置在左岸臺地上，廠內布置6臺單機容量為58 MW燈泡貫流式機組，電站總裝機容量348 MW。

壩址處天然情況下多年平均含沙量為0.854 kg/m3?？紤]上游梯級瀑布溝、深溪溝等電站建成后的水庫攔沙作用，壩址多年平均含沙量為0.207 kg/m3，多年平均懸移質輸沙量為902萬t，推移質年輸沙量為1.0萬t。

2 預可階段廠房沖沙設計

為避免推移質、減少懸移質通過機組流道，降低泥沙對水輪發(fā)電機組造成磨蝕，在預可行性研究設計階段，參考上游深溪溝水電站、枕頭壩一級水電站及下游的龔嘴水電站排沙設計，沙坪二級水電站布置了3個沖沙孔。廠房結構采用兩機一縫的方式布置，結合燈泡貫流式機組結構特點，沖沙孔布置兩機之間的中墩內，沖沙孔斷面尺寸為4.5 m×5.0 m（寬×高）。

3 問題的提出

隨著可研階段勘探設計工作的開展，揭示出廠房左岸進水口前緣邊坡分布較大范圍的崩坡積體。如設計取消沖沙孔布置，縮短廠房長度，可減小對崩坡積體坡腳的開挖擾動影響、降低邊坡的開挖支護難度，對邊坡穩(wěn)定有利。取消沖沙孔同時也可減少廠房土建工程量，縮短電站施工工期，降低工程投資。

根據資料，在廠房布置沖沙孔的電站中，沖沙孔運行時有的電站存在振動問題。考慮到燈泡貫流式廠房空腔比大，自重相對較輕，較其它型式廠房燈泡貫流式廠房振動方面的問題需引起重視。如取消沖沙孔布置，可避免沖沙運行過程中可能引起廠房振動的相關問題，有利于GIS等設備安全運行。

考慮到上下游梯級深溪溝水電站、枕頭壩水電站、龔嘴水電站均設置了廠房沖沙孔，沙坪二級水電站如取消廠房沖沙孔布置，須進行慎重的分析論證，以保證電站建成后能安全、可靠運行。

4 取消廠房沖沙孔的可行性

沙坪二級水電站計劃于2015年投產發(fā)電時上游瀑布溝水電站、深溪溝水電站均已投產發(fā)電。考慮上游梯級電站建成后的泥沙攔蓄作用，壩址處多年平均含沙量降低為0.207 kg/m3，電站入庫泥沙量將大幅度減少。

沙坪二級水電站樞紐主要由泄洪閘、河床式發(fā)電廠房組成，經樞紐布置格局比選，選擇泄洪閘布置在主河道、發(fā)電廠房布置在左岸臺地的樞紐布置格局。廠房進水口采用側向進水方式引水，進水渠前緣基本未侵占天然主河道，進水口所選擇的位置對廠房引水防沙有利。電站泄洪建筑物布置在原主河道，對電站泄洪排沙有利。泄洪閘底板比廠房進水渠攔沙坎頂低7.0 m，泄洪過程中，閘前淤積的推移質泥沙將沿主河槽排入下游河道，泥沙淤積不會對廠房進水口造成較大影響。另經水庫泥沙淤積計算，淤積平衡后，壩前泥沙淤積高程低于廠房進水渠底板高程。

沙坪二級水電站水庫庫容較小，水庫正常蓄水位為554.00 m。當入庫流量大于3 000 m3/s時，庫水位降至550.00 m運行。隨著泄洪流量增大，下游水位逐漸抬高，電站發(fā)電水頭逐漸減小。當下泄流量大于6 200 m3/s，電站上下游水頭差已低于機組發(fā)電最小水頭，此時機組停止發(fā)電。汛期對應大流量時段機組停止發(fā)電有利于避開泥沙高峰，減輕泥沙對機組的磨蝕。

受燈泡貫流式廠房結構特點制約，廠房流道進口底板與沖沙孔進口底板之間的高差一般不會太大。在預可研階段，廠房流道進口底高程為520.00 m，沖沙孔進口底高程為513.20 m，高差6.8 m。國內近年設置沖沙孔的燈泡貫流式廠房有黃河沙坡頭電站、紅水河百龍灘電站，兩電站流道與沖沙孔的高差均不大，沙坡頭電站為5.05 m，百龍灘電站為2.5 m。由于流道與沖沙孔高差不大，而且機組流道斷面（16.2 m×14.7 m）較沖沙孔斷面大很多，發(fā)電運行期間開啟沖沙孔對降低過機泥沙效果有限，設置沖沙孔的作用不大。

根據陳上群等提出的關于水輪機磨損問題的判別式：H·Sd＞7（式中 H 為電站水頭，Sd為粒徑大于0.05 mm的平均含沙量），認為H·Sd大于7時泥沙對水輪機磨損嚴重[1]。沙坪二級水電站設計水頭14.3 m，粒徑大于0.05 mm的平均含沙量為0.052 kg/m3，其 H·Sd為 0.74，遠小于 7，水輪機磨損問題應不會突出。

通過上述論證分析，設計認為理論上沙坪二級水電站具備取消沖沙孔的條件。

5 水工模型試驗驗證

為驗證電站泥沙淤積狀況，檢驗泄洪時對廠房進水口前泥沙的拉沙效果，在水工泥沙模型試驗中進行了進水口推移質沙帶模擬試驗，試驗分別采用5年、50年一遇洪水流量進行。試驗結果表明，推移質基本上沒有翻過攔沙坎進入廠房進水口區(qū)域；即使在假設攔沙坎前堆滿推移質泥沙的情況下，泄洪閘敞泄后也會將坎前泥沙沖走。水工模型試驗同時表明，在汛期廠房停機時段，會有少量的細顆粒泥沙通過懸浮形式越過攔沙坎，落淤在廠房進水口前，但當電站開始引水發(fā)電后，落淤在進水口的泥沙會迅速被水流沖走。

6 結語

通過綜合論證分析及水工模型試驗驗證，沙坪二級電站在可研設計階段取消廠房沖沙孔的布置。取消沖沙孔后廠房長度可縮短13.5 m，降低了左岸邊坡開挖高度及邊坡支護難度，節(jié)約土建工程投資約2 500萬元。

［1］泥沙設計手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.