枢纽建筑的全闸方案设计

泥沙问题是多沙河流上修建低水头引水枢纽面临的突出问题，电站运行后水库将很快淤积平衡。由于本水库容积很小，可供利用的调沙库容更小，因此，由于泥沙的淤积，会使挡水坝很快丧失其对河流的控制作用，引水防沙不能等到保证。本工程首部枢纽采用全闸设计，用拦河闸代替溢流坝，基本上不改变枢纽上下游河道的形态，即可雍水沉沙，又可以开闸泄水冲沙，与修建溢流坝相比，除能排除上游雍水段淤积的泥沙外，并能灵活地调节水位和流量，还可借闸门的启闭来调节上游河道主流的方向，使取水口始终保持良好的引水条件。

1枢纽建筑物布置特点

首部枢纽采用主河床正向泄洪冲沙、右岸正向引水形式。各建筑物在河床中呈“一”字形布置，总宽132.0m，从右岸至左岸依次为进水口段、冲沙闸段、泄洪闸段、门库段。水库正常蓄水位1222.05m，设计洪水位1222.05m，校核洪水位1224.05m。进水口设2孔进水闸，单孔净宽10.8m，总引水流量130.0m3/s。进水闸段位于河床右岸，桩号为：坝横0+000～0+029.4。进水闸垂直水流方向总宽29.4m，顺水流方向总长35m。进水口前缘设梯形拦沙坎，拦沙坎顶部高程1220.00m，高出河床4m，拦沙坎在平面上呈弧形，顺水流方向上游端伸向水库右岸，下游端与冲沙闸右侧闸墩相连。冲沙闸紧靠进水闸布设，为单孔，净宽10.8m，桩号为：坝横0+029.4～0+043.8，冲沙闸左侧闸墩上游侧设有梯形潜水墙，墙顶高程1220.00m，与进水闸前拦沙坎共同形成上游沉沙、冲沙槽，下游设有导流墙，墙顶高程1222.50m，导流墙伸至海漫处与枢纽右侧导流墙形成排砂道；泄洪闸位于冲沙闸左侧，共设5孔，单孔净宽10.8m，桩号为：坝横0+043.8～0+0115.8。冲沙闸、泄洪闸均布设在主河床内，采用开敞式结构，顺水流方向总长为125m，从上游依次为铺盖段、闸室段、消力池段、海漫段、反坡段，垂直水流方向总宽86.4m，冲沙闸、泄洪闸工作闸门采用溢流式弧形钢闸门，检修闸门为平板钢闸门，与进水闸拦污栅共用门机启闭。首部枢纽建筑物特性见表1，总体平面布置如图1所示。

2局部防沙设计

本电站不仅在首部枢纽总体布置上考虑了整体防、排沙体系外，还设置了局部防沙设施：①将用来泄洪冲沙的闸门分为泄洪闸和冲沙闸两类，冲沙闸紧靠进水闸布置，平时洪水量较小时可以只开启此闸，做到“门前清”，5孔泄洪闸可在洪水量较大时开启，对库区泥沙进行彻底清理；②进水闸铺盖前缘的弧线形拦沙坎与冲沙闸前潜水墙共同形成枢纽上游沉沙、冲沙槽，用以束水攻沙。当冲沙闸关闭，进水闸引水时，沉沙槽起雍水沉沙作用，槽内流速控制在0.9～1.0m/s之间，此时粗颗粒泥沙下沉，以减小入渠泥沙。当冲沙闸开启冲沙时，沉沙槽成为冲沙槽，利用集中水流冲洗槽中泥沙。

3正向引水设计

侧向引水口在分水时，水流要产生弯曲。由于表层流速大，底层流速小，所以底层含沙量大的水流分水宽度始终大于表层较清水流的分水宽度，造成大部分底沙进入渠道，工程实践和实验研究证实，在河道中若采用侧向引水，当引水比增大时，进沙比也随之增大，当引水比达到50%时，即使利用弯道环流特性，仍会引进大量泥沙，在这种情况下，采用正向引水和正面排沙的布置形式，效果会更理想，根据土耳其所做的侧向引水和正向引水在相同条件下的对比试验（图2），可看出，当引水比为75%时，侧向取水入渠的泥沙量为河道输沙量的80%，而正面取水只有20%。不同来水保证率下引水比见表2，由表2可看出本电站引水比最大分别达到了91%、91%、93%，而最小值分别达到了43%、55%、73%，故本电站在进水比较大的情况下采用正向引布置，进水闸、冲沙闸、泄洪闸“一”字形排列，防沙效果良好。另外，在运行方面，冲沙闸、泄洪闸检修闸门及引水口拦污栅均采用同一台门机启闭，“一”字形布置使门机运行轨道呈直线型，减少了轨道折线布置引起的变形及纵向位移。

石门坪水电站工程于2005年4月开工建设，2006年4月首台机组投产发电，至今已运行6年，运行中首部枢纽防沙效果显著，并且在2009年50年一遇的洪水中枢纽泄洪良好，因此，枢纽的全闸方案布置结合正向泄洪、冲沙，正向引水的“一”字形排列方式完善了“以排为主、先导后排、导排结合”的防沙体系，为引水枢纽在以后的设计中积累了经验。（本文作者：何世智 单位：临夏州水利水电勘测设计院）