引言：河床式低水頭小水電站廠房的設計主要是根據總體布置確定基礎開挖高程以及廠房各層的高度、尺寸、布置等，后進行穩定計算和應力計算。在廠房的穩定計算過程中，在滿足安全可靠的情況下，還有較大的安全余度，也就是抗滑穩定系數K（K?）大于規范設計值要求的系數值（水電站廠房設計規范SL266-2001）具有一定的余度時，就可以進行優化。通過優化，達到投資經濟，建筑物外觀美化，取得經濟效益和社會效益雙贏的目的。
1.工程概述
凱達水電站是一座以發電為主，兼顧灌溉的低水頭徑流式水電站樞紐工程。電站壩址以上控制集雨面積1156km2，多年平均流量32.4m3/s。正常蓄水位102.80m，相應庫容79萬m3，水庫總庫容155萬m3，電站擬裝機容量為2×2000kW，多年平均年發電量1480萬kW·h。
根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）、《小型水力發電站設計規范》（GB50071-2002）及《水閘設計規范》（SL265-2001）的規定，綜合考慮最大過閘流量及防護對象重要性，確定本工程為Ⅲ等工程，相應主要建筑物為3級、次要建筑物為4級、臨時性水工建筑物均為5級；永久性主要建筑物采用30年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核。閘下消能防沖洪水標準與該水閘洪水標準一致。
本工程是以發電為主的低水頭徑流式水電站，是一個典型的河床式水利樞紐。省水利廳可研報告審查意見基本同意本工程樞紐總布置為河床中間布置開敞式平底泄水閘，緊鄰泄水閘靠左岸布置發電廠房，內裝2臺定槳軸流式水輪發電機組，兩岸采用砼截水墻連接。初步設計階段對樞紐布置進行了一定優化，現采用的樞紐布置方案與可研階段的樞紐布置方案基本一致為：壩軸線全長200.88m，其中河床中間布置開敞式平底泄水閘壩段長105.6m，緊鄰泄水閘靠左岸布置廠房段長27.518m，左岸連接段長32m，右岸連接段長36.5m。
攔河閘共設置8孔單孔凈寬10m的泄洪閘，中墩和邊墩均厚2.5m，溢流前緣總寬度為105.6m，順水流方向閘室總長18m。根據泄流計算成果，駝峰堰頂高程初定為95.5m，閘室由上游至下游分別布置b×h=10m×7.6m的檢修平面鋼閘門和b×h=10m×7.8m的工作平面鋼閘門，伸縮縫布置在中墩中間，閘底板厚度為1m，邊孔水閘單跨寬度為13.25m，中孔水閘單跨跨度為12.5m。攔河閘上游正常蓄水位為 102.8m，閘頂高程103.30m，閘墩頂高程108.00m。每孔泄水閘布置1扇工作平面鋼閘門，由設在高程118.55m啟閉平臺的固定式卷揚機操控。為了閘門檢修的需要，在工作閘門的上游側設置一道檢修門槽，8孔共用1扇檢修用平面鋼閘門，由移動式電動葫蘆吊裝。
主廠房內安裝2臺ZDN616-LH-275型軸流定漿水輪機，單機裝機容量2000KW的發電機型號為SF2000-36/3250，廠房右側布置二臺調速器，下游側布置機旁盤。主廠房長度為27.518米，寬度15.5m，高30.98m，配置25t/6.3t橋式起重機一臺，中心跨距13.5m，發電機層高程為103.792m。
主廠房左側為安裝間(長×寬)為14.00m×15.5m，滿足機組檢修期間同時放置定、轉子、轉輪、頂蓋、上機架等5大部件及汽車進入安裝場裝卸的需要。
主廠房下游側布置副廠房，高程與發電機層同高程為103.792m，設高壓柜室、中央控制室等。副廠房下層高程為98.25m，布置廠用變，勵磁變及工具房，中間夾層101.592m，布置電纜走線。
開關站布置在主廠房左邊的安裝間下游側，平面尺寸（長×寬）為19.7m×10m，地面高程為103.64m，即進廠公路旁邊。
2.上游進水口設置兩道攔污柵，提高攔污效果
無論大型電站還是小型電站，通常都是只在廠房的進水口設置一道攔污柵，大型低水頭電站采用自動清污機來清污，小型的電站就采用槽鋼或者角鐵現場焊接而成，采用人工進行清污。這樣的設置實際運用效果并不十分的理想，攔污效果不明顯，甚至失效。當上游有較大較多垃圾時，容易造成清污效果的失效，攔污柵形同虛設，起不到應有的作用，而且由于垃圾的聚集，嚴重影響了進水口的流態和流速，對水輪機出力造成較大影響。
設置兩道攔污柵，第一道設置在廠房的進水流道的前面，使用角鐵現場制作，柵條之間的間距可以較大，一般取10～15mm，主要作用是攔截較大的垃圾污物，順流態方向斜向將污物導出廠房流道范圍，結合沖砂閘或者排污閘的設計，把垃圾污物排到下游；再在第一道柵后的5m～8m處，廠房流道前設置第二道攔污柵，采用角鐵或者槽鋼焊接而成，柵條的間距應比第一道的細密，同時考慮水輪機的過流要求，一般取5～10mm，達到攔截較小垃圾的目的。通過兩道攔污柵的設置，工程實例證明攔污效果比一道的設置明顯，效果理想。
減少下游閘墩高度，取消下游尾水閘門設置
對于軸流和混流式立軸機組的廠房設計，下游的尾水閘門總是高出下游尾水。按照一般做法，閘墩頂和尾水閘門工作橋的高程一般都是在校核洪水位以上，這實際上是沒有必要的，很大部分體積的混凝土沒有起到什么實質性作用，造成很大浪費。在滿足安全穩定的前提下，減少尾水閘墩的高度，使其僅僅高于正常尾水位，也就是減少混凝土量，直接就可以減少工程投資。同時，如果水電站機組的安裝高程比較低的話，很大部分機組在正常使用的情況下，已經是淹沒在水里，設置尾水閘門的意義更小。機組要檢修的話，都是直接的吊放到副廠房上進行，在小容量的小型電站，檢修時間很容易安排，干脆直接取消尾水閘門的設置，既節約了工程的投資，也增加了建筑物外觀美感。尾水閘墩的高度一般都是按滿足尾水管構造要求厚度而定，在0.8m～1.5m之間。但對貫流式機組下游尾水閘門的設置還有必要。
取消了尾水閘門的設置，下游的防洪墻也相應做出變化。從原來的閘墩位置縮進到水輪機層的下游蝸殼外端，直接連接到發電機層或者到水輪機層，然后和中控室底下的電纜層連接，形成一個封閉的整體。
如果下游的校核洪水位高出發電機層較多，特別對于?、蛐鸵活愲娬驹?00年一遇的校核洪水狀況中，中控室以上部分的窗體一般布置在校核洪水位以上0.3m～0.5m。或下部封閉，上部高出水位部分可以開啟。底下電纜層的布置要考慮到施工檢修的高度要求，可以取2.0m到2.5m。在中控室的設計當中，還可以采用懸臂挑梁的結構，向下游飄出1～3m，以滿足室內電氣設備布置的要求。
廠房下游的防洪問題，可以通過以下措施進行解決，在廠房下游設置防洪門，防止設計洪水和校核洪水時倒灌；并在廠房的下游岸坡也一起設置高出設計洪水位的防洪墻。甚至對于幾千kw的小型電站來說，遇到校核洪水時不妨就讓機組淹浸一下又如何？不少實例證明后期的恢復生產費用總比一次性的防御措施投資少許多。
3.結束語
經過優化設計，廠房的穩定和應力情況應重新核算，達到規范要求。通過以上各點措施，更加符合經濟、實用的要求，提高了性價比，體現出了優異的經濟性。
參考文獻
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