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【摘要】随着我国人口越来越多，用电量的不断增多，电站也随着不断增多。在所有的电站中水电站占据的比例比较大，在一些水量不是很大的地方建设一些小型水电站，不仅解决了中小型城市用电问题，又能将水力资源有效的利用起来。
【关键词】小型水电站，前池施工，组织设计方案
中图分类号：U665文献标识码： A
一、前言
在建设水电站过程中涉及到水电站前池的施工问题，小型水电站前池在施工之前应该先设计好方案，这样不仅可以使水电站前池顺利施工完成，而且还能让水电站前池建好后减少一些问题，比如地点选择问题。水电站前池施工方案一旦设计完成，就能确保水电站建设运行过程中顺利安全而且经济节能。
二、前池布置形式
某水电站前池采用侧向进水,正向溢流、排沙布置形式较多。土门关三级、尹集、新吉、小庄等水电站都采用了这种形式。如新吉水电站装机2520kw,引水流量21.20m3/s,引水系统在河道左岸台地上,基本平行于等高线布置,压力管道垂直于等高线顺坡而下,厂房布置在河边漫滩上。其前池由连接段、池身、进水口、排砂管、溢流堰和排冰闸等组成,设四孔虹吸式进水口,左侧设有排冰闸、溢流堰。这种形式较适合河道一侧山坡台地上布置引水系统的地形条件,优点是开挖量较小,泄水渠远离厂房,不影响厂房安全。从调查运行情况看,排沙效果较好,当连续冲沙时,不影响水电站运行。不足之处是由于采用侧向进水布置,前池中水流偏向一侧,易于引起涡流,加大了水头损失,水力条件相对较差。
另外一些电站采用了正向进水、排沙,侧向溢流的型式。如土门关一级水电站引水流量21.60m3/s,装机容量6400kw,引水系统在河道右岸台地上,与新吉等电站不同的是渠道末端转弯,方向调整为与等高线垂直布置,前池布置为正向进水,侧向溢流、正向排沙形式。该前池连接段长19m,池身长25m,设两孔虹吸式进水口,溢流堰布置在前池右侧,采用WES型曲线堰体。前池进口前设有拦污栅,右侧设有排冰闸。进水口下部设管径为Ф500mm的排沙兼放空管,接入泄水渠。这种型式由于末端调整了进水方向,从而改善了进水条件,前池内水流状态稳定,管口进水条件良好,但相应渠道与前池连接部位占地面积较大。采用侧堰泄水,优点是简单可靠,缺点是前沿较长,水位变化较大。排沙管设置为正向排沙,冲沙效果较好,但由于排沙管布置在进水口底部,只能设闸阀控制,阀前管道内容易淤积泥沙,闸阀操作困难,维修较为频繁且费用较高。
还有一些水电站采用了正向进水,侧向溢流、排沙的布置形式。如土门关二级水电站梯接一级水电站,引水流量21.60m3/s,装机容量5000kw。前池地形、地质条件与土门关一级水电站相似,前池结构形式基本相同,也采用正面进水,侧面溢流型式,不同的一点是排沙采用深孔平面闸门控制,布置为侧向排沙。这种侧向排沙缺点是转角处可能淤积泥沙,优点是在侧堰末端设平面闸门控制,操作简单,维修费用较低。
三、溢流堰及排冰闸设计
前池溢流堰及排冰闸根据泄水量大小、渠道规模、地形地质条件、堰后泄水消能方式,并兼顾排沙排冰等方面做综合研究布置。对堰顶宽度和堰上水头要做出适宜的比较和选择,通过方案比较达到合理经济的要求。堰顶高程略高于设计流量下水电站正常运行时水面高程0.10m左右,如土门关一级水电站引水流量21.60m3/s,侧堰宽度25m,堰上水头0.53m;二级水电站引水流量相同,侧堰宽度19.50m,堰上水头0.65m。由于临夏地区冬季气温较低,电站前池均设叠梁式排冰閘,闸孔宽1.50～4m不等。一般大夏河右岸为山阴地段光照较少,左岸光照时间较长,因此右岸电站设置排冰闸显得较为重要,如尹集水电站在前池进口前设有拦污栅,右侧设有两孔宽2.50m排冰闸,近几年冬季运行效果良好。
四、水电站压力前池容积的合理确定
水电站压力前池容积的合理确定，其所涉及到的因素较多。在压力前池结构设计过程中，首先应充分考虑水电站的启始运行来合理确定压力前池的经济容积。通常在水电站调节运行前，均需要打开引水渠道中的进水口闸门，引进水电站调节运行所需的基本流量。在确定水电站压力前池容积时，要确保压力前池容积满足从引水渠道渠首进水闸开始至压力前池这一段渠道内的水容量，在水电站所有机组均处于全关工况下而突然全开一台水力发电机组时，压力前池的水位下降应不低于前池性能正常发挥的工作水深。
另外，在水电站中引水渠道进水口、引水渠道引水系统、压力前池、压力管道引水系统、以及水力发电机组机构系统等单位共同组成一个水力动态平衡系统，其在运行过程中相互间存在的水力条件是水电站经济调度运行研究重点，也就是说，压力前池水位容积还要受到水轮机导叶操作等因素的影响。水电站压力前池的有效经济容积设计计算，应该从两个方面来进行综合考虑，即：一方面要在满足水电站所有水力发电机组导叶由全关到全开（开机启动）过程中，在有效调节时间Ts内，能够满足所有水轮机设计经济流量Qo的水量供给需求；另外一方面，压力前池容积应满足整个水电站系统在突然丢弃全部负荷过程中，由于负荷波动产生的涌水波在压力前池中引起水流和水位波动，而不至于产生溢流情况。
五、水电站经济容积设计计算实例分析
某引水式电站为5个梯级水电站中之一，其总装机容量为105MW，该水电站压力前池规划设计时，其调节方式按照瞬间调节性能进行设计计算。该水电站基本参数为：设计水头为100m，设计流量为12.5m3/s，水轮机飞轮力矩GD2为171800Kn.m.s2；水轮机额定转速n0=136.5r/min;弃负荷运行工况下引起的最大转速nm=195.98r/min,当机组由全开到全关的调节时间Ts为10s。该水电站前池拟定为矩形结构，设计粗糙率选取为n=0.03，前池底坡降设计为i=1:3000，前池宽度设计为75m，长度设计为108m。在保证水电站机组发电供水和需水的连续性不中断性能下，调节由于水电站负荷变化引起的压力前池水位波动，即按照机组引用流量与实际来水量稍有偏差余地调节下，能够具有较强“储备”或“超支”调节作用。因此，该水电站容积设计计算时，按照满足整个水电站引水系统特征水位需求容积进行设计计算就能满足水电站经济调节运行需求。
六、小型水电站前池工程案例
萨里克特水电站前池位于输水渠道桩号末端，与渠道夹角为84.98°，采用正向排冰，测向引水布置型式。前池长84.998m，底板高程1898.8m，宽20.0m～27.0m；正常水位为1909.229m，最高水位1910.379m，最低水位1906.234m。
压力前池主要由拦冰闸、前室、进水室及泄水排冰闸等建筑物组成。
拦冰闸：位于前池的前端，主要是防止渠道内的大冰块进入前池。拦冰闸共3孔，每孔净宽6.0m，进口底板高程1904.890m，闸顶高程1910.900m。每孔设有一道拦冰栅，孔口尺寸为6.0m×4.0m（b×h）。
前室：长20.0m，宽27.0m，底板高程1898.800m，顶高程1910.900m。
进水室：长26.998m，宽30.0m～27.35m，进口底板高程1900.100m，顶高程1910.900m。进水口前缘设一道回转式拦污栅，共6孔，孔口宽3.0m；回转式拦污栅前部为检修门；回转式拦污栅后部为快速门（平板门），设有2个小孔和2个大孔，孔口尺寸分别为2.0×2.0m（b×h）、3.5×3.5m（b×h）；快速门后设有通气孔，矩形断面，尺寸为0.8×1.0m（b×h）；回转式拦污栅下游侧设排污道。由于该河道上泥沙含量较少，但冬季河道来冰量较大，前池布置主要解决排冰问题。经过调研，前池采用正向排冰方式，运行效果较好，但部分电站还是存在冰塞现象。为慎重起见，本工程设计时在前池进口增加一道拦冰闸，以防止冰凌进入前池。
七、结束语
目前水电站前池施工难度还比较大，水电站前池对于水电站建设的好坏非常重要，因此，我们在建设水电站前池过程中设计施工方案非常有必要。在水电站前池施工过程中还存在一些问题，我们应该在施工之前设计好方案，来解决这些问题，将水电站前池建设的更好。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5079-2007水电站引水渠道及前池设计规范[S].北京:中国电力出版社,2011•
[2]尹蕾,武亮,姚激.阿都水电站地下压力前池设计[J].小水电,2012,147(03):43-44.
【关键词】小型水电站，前池施工，组织设计方案
中图分类号：U665文献标识码： A
一、前言
在建设水电站过程中涉及到水电站前池的施工问题，小型水电站前池在施工之前应该先设计好方案，这样不仅可以使水电站前池顺利施工完成，而且还能让水电站前池建好后减少一些问题，比如地点选择问题。水电站前池施工方案一旦设计完成，就能确保水电站建设运行过程中顺利安全而且经济节能。
二、前池布置形式
某水电站前池采用侧向进水,正向溢流、排沙布置形式较多。土门关三级、尹集、新吉、小庄等水电站都采用了这种形式。如新吉水电站装机2520kw,引水流量21.20m3/s,引水系统在河道左岸台地上,基本平行于等高线布置,压力管道垂直于等高线顺坡而下,厂房布置在河边漫滩上。其前池由连接段、池身、进水口、排砂管、溢流堰和排冰闸等组成,设四孔虹吸式进水口,左侧设有排冰闸、溢流堰。这种形式较适合河道一侧山坡台地上布置引水系统的地形条件,优点是开挖量较小,泄水渠远离厂房,不影响厂房安全。从调查运行情况看,排沙效果较好,当连续冲沙时,不影响水电站运行。不足之处是由于采用侧向进水布置,前池中水流偏向一侧,易于引起涡流,加大了水头损失,水力条件相对较差。
另外一些电站采用了正向进水、排沙,侧向溢流的型式。如土门关一级水电站引水流量21.60m3/s,装机容量6400kw,引水系统在河道右岸台地上,与新吉等电站不同的是渠道末端转弯,方向调整为与等高线垂直布置,前池布置为正向进水,侧向溢流、正向排沙形式。该前池连接段长19m,池身长25m,设两孔虹吸式进水口,溢流堰布置在前池右侧,采用WES型曲线堰体。前池进口前设有拦污栅,右侧设有排冰闸。进水口下部设管径为Ф500mm的排沙兼放空管,接入泄水渠。这种型式由于末端调整了进水方向,从而改善了进水条件,前池内水流状态稳定,管口进水条件良好,但相应渠道与前池连接部位占地面积较大。采用侧堰泄水,优点是简单可靠,缺点是前沿较长,水位变化较大。排沙管设置为正向排沙,冲沙效果较好,但由于排沙管布置在进水口底部,只能设闸阀控制,阀前管道内容易淤积泥沙,闸阀操作困难,维修较为频繁且费用较高。
还有一些水电站采用了正向进水,侧向溢流、排沙的布置形式。如土门关二级水电站梯接一级水电站,引水流量21.60m3/s,装机容量5000kw。前池地形、地质条件与土门关一级水电站相似,前池结构形式基本相同,也采用正面进水,侧面溢流型式,不同的一点是排沙采用深孔平面闸门控制,布置为侧向排沙。这种侧向排沙缺点是转角处可能淤积泥沙,优点是在侧堰末端设平面闸门控制,操作简单,维修费用较低。
三、溢流堰及排冰闸设计
前池溢流堰及排冰闸根据泄水量大小、渠道规模、地形地质条件、堰后泄水消能方式,并兼顾排沙排冰等方面做综合研究布置。对堰顶宽度和堰上水头要做出适宜的比较和选择,通过方案比较达到合理经济的要求。堰顶高程略高于设计流量下水电站正常运行时水面高程0.10m左右,如土门关一级水电站引水流量21.60m3/s,侧堰宽度25m,堰上水头0.53m;二级水电站引水流量相同,侧堰宽度19.50m,堰上水头0.65m。由于临夏地区冬季气温较低,电站前池均设叠梁式排冰閘,闸孔宽1.50～4m不等。一般大夏河右岸为山阴地段光照较少,左岸光照时间较长,因此右岸电站设置排冰闸显得较为重要,如尹集水电站在前池进口前设有拦污栅,右侧设有两孔宽2.50m排冰闸,近几年冬季运行效果良好。
四、水电站压力前池容积的合理确定
水电站压力前池容积的合理确定，其所涉及到的因素较多。在压力前池结构设计过程中，首先应充分考虑水电站的启始运行来合理确定压力前池的经济容积。通常在水电站调节运行前，均需要打开引水渠道中的进水口闸门，引进水电站调节运行所需的基本流量。在确定水电站压力前池容积时，要确保压力前池容积满足从引水渠道渠首进水闸开始至压力前池这一段渠道内的水容量，在水电站所有机组均处于全关工况下而突然全开一台水力发电机组时，压力前池的水位下降应不低于前池性能正常发挥的工作水深。
另外，在水电站中引水渠道进水口、引水渠道引水系统、压力前池、压力管道引水系统、以及水力发电机组机构系统等单位共同组成一个水力动态平衡系统，其在运行过程中相互间存在的水力条件是水电站经济调度运行研究重点，也就是说，压力前池水位容积还要受到水轮机导叶操作等因素的影响。水电站压力前池的有效经济容积设计计算，应该从两个方面来进行综合考虑，即：一方面要在满足水电站所有水力发电机组导叶由全关到全开（开机启动）过程中，在有效调节时间Ts内，能够满足所有水轮机设计经济流量Qo的水量供给需求；另外一方面，压力前池容积应满足整个水电站系统在突然丢弃全部负荷过程中，由于负荷波动产生的涌水波在压力前池中引起水流和水位波动，而不至于产生溢流情况。
五、水电站经济容积设计计算实例分析
某引水式电站为5个梯级水电站中之一，其总装机容量为105MW，该水电站压力前池规划设计时，其调节方式按照瞬间调节性能进行设计计算。该水电站基本参数为：设计水头为100m，设计流量为12.5m3/s，水轮机飞轮力矩GD2为171800Kn.m.s2；水轮机额定转速n0=136.5r/min;弃负荷运行工况下引起的最大转速nm=195.98r/min,当机组由全开到全关的调节时间Ts为10s。该水电站前池拟定为矩形结构，设计粗糙率选取为n=0.03，前池底坡降设计为i=1:3000，前池宽度设计为75m，长度设计为108m。在保证水电站机组发电供水和需水的连续性不中断性能下，调节由于水电站负荷变化引起的压力前池水位波动，即按照机组引用流量与实际来水量稍有偏差余地调节下，能够具有较强“储备”或“超支”调节作用。因此，该水电站容积设计计算时，按照满足整个水电站引水系统特征水位需求容积进行设计计算就能满足水电站经济调节运行需求。
六、小型水电站前池工程案例
萨里克特水电站前池位于输水渠道桩号末端，与渠道夹角为84.98°，采用正向排冰，测向引水布置型式。前池长84.998m，底板高程1898.8m，宽20.0m～27.0m；正常水位为1909.229m，最高水位1910.379m，最低水位1906.234m。
压力前池主要由拦冰闸、前室、进水室及泄水排冰闸等建筑物组成。
拦冰闸：位于前池的前端，主要是防止渠道内的大冰块进入前池。拦冰闸共3孔，每孔净宽6.0m，进口底板高程1904.890m，闸顶高程1910.900m。每孔设有一道拦冰栅，孔口尺寸为6.0m×4.0m（b×h）。
前室：长20.0m，宽27.0m，底板高程1898.800m，顶高程1910.900m。
进水室：长26.998m，宽30.0m～27.35m，进口底板高程1900.100m，顶高程1910.900m。进水口前缘设一道回转式拦污栅，共6孔，孔口宽3.0m；回转式拦污栅前部为检修门；回转式拦污栅后部为快速门（平板门），设有2个小孔和2个大孔，孔口尺寸分别为2.0×2.0m（b×h）、3.5×3.5m（b×h）；快速门后设有通气孔，矩形断面，尺寸为0.8×1.0m（b×h）；回转式拦污栅下游侧设排污道。由于该河道上泥沙含量较少，但冬季河道来冰量较大，前池布置主要解决排冰问题。经过调研，前池采用正向排冰方式，运行效果较好，但部分电站还是存在冰塞现象。为慎重起见，本工程设计时在前池进口增加一道拦冰闸，以防止冰凌进入前池。
七、结束语
目前水电站前池施工难度还比较大，水电站前池对于水电站建设的好坏非常重要，因此，我们在建设水电站前池过程中设计施工方案非常有必要。在水电站前池施工过程中还存在一些问题，我们应该在施工之前设计好方案，来解决这些问题，将水电站前池建设的更好。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5079-2007水电站引水渠道及前池设计规范[S].北京:中国电力出版社,2011•
[2]尹蕾,武亮,姚激.阿都水电站地下压力前池设计[J].小水电,2012,147(03):43-44.