三江口水电站压力前池改造优化模型试验研究

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（1、三峡电力职业学院 建筑与管理学院，湖北 宜昌 443000 2、中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南 昆明 650033）

摘 要：由于上游起调节作用的茄子山“龙头”水库及各梯级电站已陆续开发运行，为云南省三江口水电站增加引用流量扩大装机容量提供了可行的条件。为了实现这一扩容目标，需要对压力前池进行改造。文章通过模型试验对改造前后泥沙淤积形态进行分析研究，提出了较良的符合水力学条件的改造方案，以实现扩容增加经济效益的目标。文章对类似工程的设计与施工提供了依据。

关键词：压力前池；改造；泥沙淤积；模型试验

1 工程概况

云南省三江口水电站位于怒江、苏帕河及天宁河交汇处，为高水头径流式开发，于1993年底建成发电。由于上游起调节作用的茄子山“龙头”水库及各梯级电站已开发运行，因此为三江口水电站引用流量从16m3/s增至32m3/s扩机2×16MW创造了可行的条件。为了实现这一扩容目标，需要对压力前池改造前后泥沙淤积形态进行模型试验并加以分析研究，提出优良的符合水力学条件的改造方案，以实现扩容增加经济效益的目标。

2 水力学泥沙模型的建立

为保证原型、模型水力学相似，按重力相似准则设计为1：20的正态定床模型。因原前池泥沙淤积中95%以上粒径均小于0.1mm，因此前池原型泥沙沉速按层流公式（斯托克斯公式）：

通过沉降比尺？姿？棕=？姿v=4.472计算得原型沙粒径及沉速与模型沙（精煤粉）粒径及沉速关系见表1。实际采用的模型沙为曲靖恩洪精煤粉，由于模型沙偏粗，试验成果应用于原型后，其冲沙效果将好于模型冲沙效果。

3 扩建前前池存在问题及其原因分析

由于原前池泥沙淤积严重，一方面造成了只能停机清理淤积泥沙的局面；另一方面部分泥沙进入水轮机，引起水轮机组的严重磨损。因此原前池泥沙淤积形态的模型是否合理可靠是有效改造前池的关键。为了保证模型试验成果的相似性与研究成果的科学有效性，先对三江口水电站前池扩建前的基本体型（见图1）进行了淤沙试验，验证原、模型淤沙的相似性。

试验按隧洞来水及电站引用流量均为16m3/s，电站进水室前为正常蓄水位858.00m，隧洞来水含沙浓度为1kg/m3，原冲沙闸关闭进行模型试验。

水流进入前池后，主流偏向右侧，在前池左侧大范围（约占前池断面的三分之二宽度）形成大回流区；在压力钢管进水室前的静水坑左右两侧也各有一小回流区；冲沙闸前的回流很弱，似静水。断面流速分布与表面流态基本一致。从前池水流分布可以清楚地看到在前池进口平面转弯段末的流速断面，由于受弯道水流影响较大，右侧最大流速为1.08m/s，左侧最大回流流速为0.69m/s；流速通过前池上游段调整至进水室前的断面，右侧最大流速为0.81m/s，左侧最大回流流速为0.44m/s，前池右侧流速仍为左侧流速的近两倍。

淤积形态与回流形态相对应，进入前池的较粗颗粒泥沙以推移质运动的方式沿前池的右侧进入进水室前的静水坑内，较细的颗粒以悬移质运动的方式大量在左侧回流区淤积。该试验成果与电站原型前池泥沙淤积对照，其区域及形态完全吻合。

4 扩建后前池泥沙淤积形态模型试验研究及成果

为了改变上述泥沙淤积状况，必须借增容扩建之机，对原前池进行改造。因增加的容量将达到100%，故首先应增建与原进水室相同的进水室，然后再对原前池进行改造。

在实际的工程枢纽中，前池周边除了高山就是陡坡，若扩大前池容积则工程量很大，因此，应尽量在不扩大前池容积条件下对原前池进行改造。经过多次试验研究，最终确定了在前池进口段，部分底板向下挖；在原前池底板上新建中隔墙的推荐体型。具体方案如下：（1）在桩号池左0+020.730m与池右0+013.130m之间建一横向挡水墙（挡墙上游简称配水池），挡水墙顶高程为858.60m，并在墙宽的1/4与3/4处各设宽3.5m，高3.2m的闸门（为1#、2#闸门）来调节前池左右两厢的流量，以保证左右两厢流量的均衡及冲沙用。（2）在桩号池左0+016.720m、隔0+000.000m处至池左0+89.610m、隔0+072.51m处设一纵向中隔墙，将前池分为左右两厢，在左右两厢的中隔墙顶部每相隔1m增设2m×0.4m（宽×高）的叠梁门，底高程857.60m，隔墙顶高程858.60m。正常运行时，提起叠梁中隔墙两侧水面连通，来调节前池左右两厢的流量，以保证左右两厢流量的均衡及冲沙用。（3）在原冲沙闸右侧增设一道侧堰，侧堰长35m，堰顶高程为正常蓄水位858.00m。模型试验表明：配水池水流翻滚，仅在弯道凸岸及两导墙下游侧有淤积；左厢主要淤积在中偏右侧；右厢右侧淤积较左侧多；但淤积量较左厢有所减少；中隔墙两侧几乎无淤积。前池总淤积仅为来沙的19%左右。

5 结束语

（1）模型试验研究是在电站经十多年运行、前池受多种边界条件的约束和投资限制的基础上进行的，原前池的流态必然受泥沙淤积，且淤积后难以冲走的限制。扩建后以引用阿鸠田电站尾水为主，水质含沙状况大为好转，尤其是压力前池扩建后运行情况良好，电站可连续运行，彻底解决了以往停机人工清淤的问题，彻底避免了停机损失和人工工时费。

（2）左厢冲沙时，水流可从右厢进入，满足两台机发电的要求，改变了原来前池清淤必须全停机的状况，增加了经济效益，同时，右厢冲淤的时间短，又增加了经济效益。

（3）该水力学模型试验研究成果已应用于三江口水电站扩建工程实践中，扩建后工程已投入了使用，压力前池未出现泥沙淤积与冲沙困难情况。改变了原水轮机泥沙磨蚀严重，每年必须大修，更换水轮机过流部件的问题。水力学模型试验研究成果达到了预期的目的，得到业主方好评。