木加甲一级水电站引水系统设计

摘要：木加甲河为怒江右岸一级支流，属高黎贡山片区，工程区域地质岩性以花岗斑岩，花岗片麻岩为主。木加甲一级电站为引水式电站，主要建筑物为首部枢纽，引水隧洞，洞内前池，压力钢管道，厂房等组成。引水隧洞总长为5960m，其中无压隧洞长4790m，有压隧洞长1170m。电站设计水头482m，属高水头水电站。

主题词：木加甲水电站 引水系统 引水隧洞 压力管道

木加甲一级水电站位于云南省怒江傈僳族自治州福贡县木加甲乡境内，为径流引水式电站。木加甲河位于怒江右岸，为怒江一级支流，发源于高黎贡山山脉脊部，流域位于东经98°41′～98°49′、北纬27°24′30″～27°29′之间。木加甲河流域水系主要由干流木来戛洛河和主要支流开洼洛河、急苏洛河组成。木加甲一级电站在分别在三条河道2000m高程处建坝引水发电，电站取水口以上集雨面积125.65km2，取水口多年平均流量7.37m3/s。电站为无调节径流式电站，设计水头482m，设计引用流量15.2 m3/s，总装机容量60MW，多年平均发电量2.7亿kw.h。

木加甲一级水电站为径流引水式电站，共设3座首部枢纽，分别从开洼洛河、木来戛洛河、急苏洛河上取水。1#首部枢纽位于开洼洛河，通过1#隧洞引水至木来戛洛河；2#首部枢纽位于木来戛洛河，通过2#隧洞引水至前池；3#首部枢纽位于急苏洛河，通过3#隧洞引水至前池。前池位于4#有压隧洞前段，为洞内前池。前池汇水后通过4#有压隧洞和压力钢管引水至厂房发电。电站厂房位于木加甲河右岸，布置两台冲击式机组，装机容量2×30MW。

工程总体布置如下图：

首部枢纽和进水口设计

木加甲一级水电站共布置3个首部枢纽，分别位于木来戛洛河、开洼洛河、急苏洛河上。首部枢纽均属于低坝挡水，最大坝高不超过15m，首部正常蓄水位与大坝溢流堰堰顶高程一致。进水口为无压开敞式进水口，设计引水流量均较小。

木来戛洛河、开洼洛河、急苏洛河均为山区小河流，两岸山高陡峻，易发暴涨暴落山区洪水，进水闸室和引水隧洞的水位流量须采取一定的工程措施控制。通过前期的现场考察和周边类似电站的调查来看，该地区河道泥沙较多，碎石较多，极易产生坝前淤积，故须对冲沙建筑物进行很好的布置设计。工程坝址区均存在基岩出露，岩性主要为花岗片麻岩，工程地质条件良好。

针对这些工程实际特点，在设计进水口和隧洞引水的布置上，进水闸室位于大坝一侧作为挡水建筑物一部分，隧洞布置于挡水坝后面，在进水闸室和隧洞进口之间布置一段引水明渠，明渠设溢流侧堰，保证隧洞水位得到控制。隧洞进口前的明渠末段，设沉沙池和2#冲沙闸，隧洞进口底板高于沉砂池底板1～1.5m，从而把从进水闸室进来的泥沙在进隧洞前沉积排净。大坝1#冲沙闸位于进水闸和溢流坝之间，冲沙闸底板尽量与下游河床高程平顺衔接，不应低于下游河床，以免下游泥沙淤积，影响排沙。

首部枢纽布置示例如下图：

引水隧洞设计

木加甲一级水电站整个工程枢纽区主要出露高黎贡山花岗岩，对隧洞沿线进行地质调查后进行初步分析，以及对本工程进行平洞开挖得出的地质情况来看，引水隧洞洞线岩体主要由花岗岩组成，岩石的强度属坚硬围岩，具有较高的抗压、抗剪强度和物理力学指标，沿线构造、裂隙不发育。各条隧洞进出口覆盖层较薄，主要以Ⅲ类围岩为主，局部有不稳定Ⅳ类围岩；洞身段围岩质量为Ⅱ类、Ⅲ类，局部为Ⅰ类。隧洞的地质条件很好，仅进出口段需要局部衬砌，其余洞段采用光面爆破，无须衬砌。

1#、2#、3#隧洞均为无压引水隧洞，4#隧洞为有压隧洞，通过水力学计算，各条隧洞过水断面如下表：

压力前池设计

压力前池之前曾选址于山腰上，作为露天前池，2#、3#隧洞直接引水汇入前池，前池连接4#有压隧洞。后经过现场查勘及对2#隧洞出口的平洞开挖初探，发现此处夹于两侧高山之间，是一个大型的堆积山体。对2#隧洞开挖平洞初探，出现洞顶坍塌；对前池进行基础开挖坑槽探，发现覆盖层深厚，且多为破碎泥夹碎石，存在基础和边坡失稳。故不应再此处开挖做露天前池。

4#隧洞位于左侧山体，对其进行进洞口开挖初探，发现其为完整的花岗岩山体，岩质为Ⅲ类、Ⅱ类围岩，仅需对洞口处做一定的支护衬砌。

通过对以上的地质情况进行分析，对前池以及2#、3#隧洞出口进行了重新的布置调整；将前池布置于4#隧洞进口内约100米处，2#隧洞出口改线避开堆积山体接入洞内前池，3#隧洞出口改线避开堆积山体直接接入2#隧洞。

前池工程布置如下图所示：

调压井的设计

对于需要设立上游调压井，《水电站调压室设计规范》（DL-5058-1996）3.1.2条，可按公式（3.1.2-1）进行：

Tw>【Tw】

（3.1.2-1）

经过计算，=1.76s，Tw的允许值为2～4s，而且本电站在电力系统中所占的所占的比重较小, Tw可取大值。故

压力管道设计

1）、压力管道管径选择

对于钢管的管径选择，通常需要做技术经济比较进行选取经济管径。对于初设阶段，可用彭德舒公式进行计算：

其中，K值约在5～15之间，钢材较贵，电价较低廉时K取小值。

《水电站压力钢管设计规范》（DL/T 5451-2001）中，对于管道内流速要求为3～5m3/s，当水头较高时，可以取4～6m3/s。

通过计算，钢管主管管径取值2.0m，相应流速4.93m3/s。

2）、管线布置

钢管道沿山脊布置，沿线两侧山坡地形坡度一般为35°~55°，山脊沿线地形坡度一般为12°~30°，陡者可达42°~55°。山坡地表为坡积层覆盖，植被较茂密，山体处于自然基本稳定状态。管道通过山体呈鱼鳍形山梁，地形单薄，山脊宽度不一，欠完整，局部地形陡峻处基岩出露。

压力钢管主管道全长937.32m，沿线共设13个镇墩。其中1#~2#镇墩及6#~7#镇墩工程段沿线基岩，岩性为坚硬的片麻岩类岩石，基础岩体质量基本以Ⅲ类为主；3#~6#镇墩及7#~9#镇墩工程段表部为坡积层，岩性为碎砾石质土，属散体结构，厚度一般为1m~5m，下伏岩体受构造、风化河流下切的影响，岩体松弛变形位移，卸荷裂隙发育，工程地质条件差，基础岩体质量属Ⅴ类，需进行工程处理，以满足工程安全的要求。

针对以上工程地质条件，对压力钢管管道线1#～3#镇墩之间的压力钢管采用明管布置型式；3#～6#镇墩之间的压力钢管道采用外包砼埋管的布置型式；6#至13#镇墩之间的压力钢管道采用明管布置型式。

由于地形条件的限制，压力钢管尾段13#镇墩之后，须从山体打一段竖井，竖井外包钢筋混凝土。主管水平转向后，分2支岔管垂直进入厂房，竖井段长度为28.5m，岔管长40m，埋于山体内，钢管周围均浇筑钢筋混凝土保护层。

结语：

木加甲一级水电站把木加甲河的3条支流，在2000m左右高程筑坝引水至1500m高程左右开发。工程设计主要就是引水系统的设计，存在多条河流多条隧洞引水，最终合并发电的特点。工程区域地质良好，出露花岗片麻岩，隧洞成形条件十分理想。电站设计水头较高，压力钢管线较长，各段管线之间地质情况不一，在建设期间应加强地质勘察工作，以进一步完善工程设计。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。