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摘要：随着我国社会经济的不断发展进步，小型水电站产业也得到了快速的发展。本文主要以广东省某小型水电站的引水系统的例子来对其设计进行简要的分析。此水电站是位于梯级工程的下游电站，因此要想保证小型水电站的运行效率能够符合设计的要求，就必须与其引水建筑物的特点相适应。另外，还需要对小型水电站的引水系统进行优化，例如对取水枢纽等部分进行优化设计可以保证其引水系统的整体运行能够符合设计要求，同时还有效降低了工程的施工难度和安全隐患。
关键词：小型水电站；引水系统；优化设计
一、引言
随着社会经济的不断发展进步，各种水利水电工程项目也进一步得到了快速的发展，引水系统是小型水电站中十分重要的组成部分，通常是由进水口、引水管道、压力管道、尾水出口和尾水隧洞等几个部分组成，对引水系统进行优化设计可以有效降低施工的工程量，同时还可以在工程建设过程中得到更大的经济收益。目前，我国设计行业通常会使用一些新工艺、新材料等来对引水系统的进水口、尾水出口等部分进行合理优化，使小型水电站在最大程度上实现经济效益和社会效益。
二、工程概况
广东省某小型水电站工程是以引水式水电站作为整个水电站的主要存在形式。施工过程中需要完成的任务有引水隧洞、调压井、压力管道和升压站等部分的施工，此小型水电站工程符合中水头径流引水式电站的特点。其中，此小型水电站最初设计的引水流量为16.95m3/s，尾水部分的设计流量为14.78m3/s。这个小型水电站的装机总容量是22MW，每年运行时间约为4746h。
三、小型水电站引水系统进行优化设计的必要性
其实，梯级水电站与上级水电站以及次级水电站在电力方面都具有十分紧密的联系，同时水力方面也是在设计梯级水电站时十分关键的因素。所以，该小型水电站在进行引水系统优化设计的过程中，相关设计人员应该全面考虑电离平衡、水量平衡和尾水衔接等多方面因素对引水系统的影响。此项目中的水电站在设计之初都设置了一条具有调压室的隧洞，因此在对引水系统进行优化设计时还要注意此系统中缺少一个无压过渡段来对隧洞起到稳定作用。此外，由于上下2级水电站的具体运行方式是不完全相同的，因此实现水力的顺利过渡也是一项十分繁杂的任务。
此小型水电站的运行流量主要是由上级水电站提供的，因此这两所水电站无论哪一所负荷发生变化都会对两者产生不小的影响。如果上级水电站在运行过程中突然解除所有负荷，都会直接造成小型水电站的发电引用流量大幅度下降，最有效的解决办法就是马上停止所有的运行的机组以免其受到不利的影响。如果小型水电站中的导叶或者调速系统由于引用流量急速下降而发生故障，因此必须及时采取有效措施如关闭阀门等尽快将所有设备全部停机，这有这样才能有效防止小型水电站的压力隧洞由于进水口进入空气而对系统产生的不利影响。因此应该在满足上下游两端的水电站的顺利连接以及小型水电站顺利运行的条件下，可以通过对无压隧洞进行优化设计等方式来实现两级水电站的良好过渡，这样也可以有效防止该小型水电站在运行时由于引水隧洞漏气等问题而造成的事故等问题。
四、小型水电站引水系统的优化设计方案
4.1、对首部枢纽进行优化设计
此水电站的上一级水电站通过有压引水箱涵来把尾水引流到取水口处的工作原理。最初设计的引水箱涵位于地下的室暗内，同时这也是处理尾水的主要结构形式。引水箱涵是由长为32m、宽为7.3m、高为3.6m的钢筋混凝土制作而成的，并以2孔的形式来布置，单孔的宽为2.4m、高为2.5m。该小型水电站的引水箱涵通常设置在沉沙池的下游部位。在进行具体的施工时通常采用将砂卵石碾压分层的办法来保证其密实程度，引水箱涵的底部也要设置一条合理的盲沟起到排水的作用。过水表层通过浇筑埋石混凝土来确保其整体性能可以满足运行要求。
4.2、对引水隧洞进行优化设计
在对此小型水电站的引水系统进行优化设计时应该注重对引水隧道的局部进行适当的调整，可以把最初设计的马蹄型引水隧洞改为城门洞的形式，这样可以有效降低隧洞的压力。另外，还应该将无压隧洞的规模调整为底宽为3.2m、直墙为3.5m、最大净高为4.40m，同时保证整个隧洞的底板高程保持在2292.9m的范围内。在修砌隧洞时应该采用混凝土或者钢筋混凝土等材料作为隧洞的衬砌，同时对围岩进行加固以确保隧洞的安全性和稳定性，另外还可以通过使用锚杆或者灌浆的办法来保证引水隧洞的强度等要求。在对小型水电站进行优化设计的过程中应该注重将无压隧洞与有压隧洞进行平稳的连接，这样可以有效防止小型水电站在正常运行过程中由于上一级水电站突然失去负荷而导致无压隧洞发生封顶的事故，通常的做法是在有压隧洞和无压隧洞的连接处设置一个溢洪道，实现泄洪的同时保证小型水电站的正常运行。
4.3、对泄水隧洞进行优化设计
为了避免小型水电站在运行过程中不发生无压隧洞封顶的事故，就需要需将施工支洞设计成泄水隧洞，在设计泄洪隧洞时需要注意应该向着与引水隧道垂直的方向施工，这样的布置有利于把下泄出来的超出的水量排放出去，使其全部流入到主河里去，这样可以有效防止因为水量过多而对小型水电站的正常运行产生十分不利的影响。在设计溢流侧堰与泄水隧洞时需要注意很多问题，例如要以机组在全部丢弃负荷的情况下的泄流量作为衡量标准。在设计泄水隧洞时可以适当调整洞室的宽度，这样可以有效降低施工难度。由于溢流侧堰只要在小型水电站放弃全部荷时发挥泄流作用即可，因此在设计过程中通常采用薄壁的形式作为溢流堰的主要结构，并注意应该保证堰顶的高程超出正常水位的0.15m为宜。除此之外，还应该对泄水隧道的结构进行优化。一般情况下，可以采用设计一个城门洞的形状来保证水电站的正常运行，城门洞通常设计为底部宽度1.6m、纵坡斜度为8.3%，这样可以对小型水电站的正常运行起到一个保障的作用。
五、小型水电站引水系统优化设计结果分析
在对本文所述的小型水电站的引水系统进行系统的优化设计之后，将引水系统的栅栏坝的底部宽度改为6.2m，沉沙池的宽度改成了7.6m，平均工作水深改成了5.4m。通过将小型水电站的引水系统进行合理的的优化设计之后，不仅极大的减少了工程施工单位对小型水电站的施工工程量，与此同时，相关技术人员通过准确的计算之后可以明确保证，当在小型水电站中优化设计一个合理的无压隧洞之后，就算上一级的水电站突然全部放弃所有负荷之后也可以保证有压隧洞不会在短时间内进入气体。相关人员完全可以利用这一段时间来对小型水电站上一级水电站发生事故后的一系列应急处理。
六、结束语
总而言之，引水系统是小型水电站中十分重要的组成部分，因此，对引水系统进行合理性的优化设计可以有效降低施工的工程量，同时还可以在工程建设过程中得到更大的经济收益。因此，必须确保我国小型水电站的发展，这将对我国的整体发展以及相关产业的发展壮大都具有十分重要的促进作用。
参考文献：
[1] 杜文龙.积石峡水电站进水口变形规律分析[J].西北水电.2014（01）
[2] 李伟利.知木林水电站首部枢纽设计方案优化探讨[J].西北水电.2014（01）
[3] 任国强.甘再水电站PH1引水发电系统设计方案的优化调整[J].西北水电.2014（S2）
[4] 马佳丽.天龙湖—金龙潭梯级电站联合控制调节功能设计与实现[J].水电自动化与大坝监测.2014（03）
关键词：小型水电站；引水系统；优化设计
一、引言
随着社会经济的不断发展进步，各种水利水电工程项目也进一步得到了快速的发展，引水系统是小型水电站中十分重要的组成部分，通常是由进水口、引水管道、压力管道、尾水出口和尾水隧洞等几个部分组成，对引水系统进行优化设计可以有效降低施工的工程量，同时还可以在工程建设过程中得到更大的经济收益。目前，我国设计行业通常会使用一些新工艺、新材料等来对引水系统的进水口、尾水出口等部分进行合理优化，使小型水电站在最大程度上实现经济效益和社会效益。
二、工程概况
广东省某小型水电站工程是以引水式水电站作为整个水电站的主要存在形式。施工过程中需要完成的任务有引水隧洞、调压井、压力管道和升压站等部分的施工，此小型水电站工程符合中水头径流引水式电站的特点。其中，此小型水电站最初设计的引水流量为16.95m3/s，尾水部分的设计流量为14.78m3/s。这个小型水电站的装机总容量是22MW，每年运行时间约为4746h。
三、小型水电站引水系统进行优化设计的必要性
其实，梯级水电站与上级水电站以及次级水电站在电力方面都具有十分紧密的联系，同时水力方面也是在设计梯级水电站时十分关键的因素。所以，该小型水电站在进行引水系统优化设计的过程中，相关设计人员应该全面考虑电离平衡、水量平衡和尾水衔接等多方面因素对引水系统的影响。此项目中的水电站在设计之初都设置了一条具有调压室的隧洞，因此在对引水系统进行优化设计时还要注意此系统中缺少一个无压过渡段来对隧洞起到稳定作用。此外，由于上下2级水电站的具体运行方式是不完全相同的，因此实现水力的顺利过渡也是一项十分繁杂的任务。
此小型水电站的运行流量主要是由上级水电站提供的，因此这两所水电站无论哪一所负荷发生变化都会对两者产生不小的影响。如果上级水电站在运行过程中突然解除所有负荷，都会直接造成小型水电站的发电引用流量大幅度下降，最有效的解决办法就是马上停止所有的运行的机组以免其受到不利的影响。如果小型水电站中的导叶或者调速系统由于引用流量急速下降而发生故障，因此必须及时采取有效措施如关闭阀门等尽快将所有设备全部停机，这有这样才能有效防止小型水电站的压力隧洞由于进水口进入空气而对系统产生的不利影响。因此应该在满足上下游两端的水电站的顺利连接以及小型水电站顺利运行的条件下，可以通过对无压隧洞进行优化设计等方式来实现两级水电站的良好过渡，这样也可以有效防止该小型水电站在运行时由于引水隧洞漏气等问题而造成的事故等问题。
四、小型水电站引水系统的优化设计方案
4.1、对首部枢纽进行优化设计
此水电站的上一级水电站通过有压引水箱涵来把尾水引流到取水口处的工作原理。最初设计的引水箱涵位于地下的室暗内，同时这也是处理尾水的主要结构形式。引水箱涵是由长为32m、宽为7.3m、高为3.6m的钢筋混凝土制作而成的，并以2孔的形式来布置，单孔的宽为2.4m、高为2.5m。该小型水电站的引水箱涵通常设置在沉沙池的下游部位。在进行具体的施工时通常采用将砂卵石碾压分层的办法来保证其密实程度，引水箱涵的底部也要设置一条合理的盲沟起到排水的作用。过水表层通过浇筑埋石混凝土来确保其整体性能可以满足运行要求。
4.2、对引水隧洞进行优化设计
在对此小型水电站的引水系统进行优化设计时应该注重对引水隧道的局部进行适当的调整，可以把最初设计的马蹄型引水隧洞改为城门洞的形式，这样可以有效降低隧洞的压力。另外，还应该将无压隧洞的规模调整为底宽为3.2m、直墙为3.5m、最大净高为4.40m，同时保证整个隧洞的底板高程保持在2292.9m的范围内。在修砌隧洞时应该采用混凝土或者钢筋混凝土等材料作为隧洞的衬砌，同时对围岩进行加固以确保隧洞的安全性和稳定性，另外还可以通过使用锚杆或者灌浆的办法来保证引水隧洞的强度等要求。在对小型水电站进行优化设计的过程中应该注重将无压隧洞与有压隧洞进行平稳的连接，这样可以有效防止小型水电站在正常运行过程中由于上一级水电站突然失去负荷而导致无压隧洞发生封顶的事故，通常的做法是在有压隧洞和无压隧洞的连接处设置一个溢洪道，实现泄洪的同时保证小型水电站的正常运行。
4.3、对泄水隧洞进行优化设计
为了避免小型水电站在运行过程中不发生无压隧洞封顶的事故，就需要需将施工支洞设计成泄水隧洞，在设计泄洪隧洞时需要注意应该向着与引水隧道垂直的方向施工，这样的布置有利于把下泄出来的超出的水量排放出去，使其全部流入到主河里去，这样可以有效防止因为水量过多而对小型水电站的正常运行产生十分不利的影响。在设计溢流侧堰与泄水隧洞时需要注意很多问题，例如要以机组在全部丢弃负荷的情况下的泄流量作为衡量标准。在设计泄水隧洞时可以适当调整洞室的宽度，这样可以有效降低施工难度。由于溢流侧堰只要在小型水电站放弃全部荷时发挥泄流作用即可，因此在设计过程中通常采用薄壁的形式作为溢流堰的主要结构，并注意应该保证堰顶的高程超出正常水位的0.15m为宜。除此之外，还应该对泄水隧道的结构进行优化。一般情况下，可以采用设计一个城门洞的形状来保证水电站的正常运行，城门洞通常设计为底部宽度1.6m、纵坡斜度为8.3%，这样可以对小型水电站的正常运行起到一个保障的作用。
五、小型水电站引水系统优化设计结果分析
在对本文所述的小型水电站的引水系统进行系统的优化设计之后，将引水系统的栅栏坝的底部宽度改为6.2m，沉沙池的宽度改成了7.6m，平均工作水深改成了5.4m。通过将小型水电站的引水系统进行合理的的优化设计之后，不仅极大的减少了工程施工单位对小型水电站的施工工程量，与此同时，相关技术人员通过准确的计算之后可以明确保证，当在小型水电站中优化设计一个合理的无压隧洞之后，就算上一级的水电站突然全部放弃所有负荷之后也可以保证有压隧洞不会在短时间内进入气体。相关人员完全可以利用这一段时间来对小型水电站上一级水电站发生事故后的一系列应急处理。
六、结束语
总而言之，引水系统是小型水电站中十分重要的组成部分，因此，对引水系统进行合理性的优化设计可以有效降低施工的工程量，同时还可以在工程建设过程中得到更大的经济收益。因此，必须确保我国小型水电站的发展，这将对我国的整体发展以及相关产业的发展壮大都具有十分重要的促进作用。
参考文献：
[1] 杜文龙.积石峡水电站进水口变形规律分析[J].西北水电.2014（01）
[2] 李伟利.知木林水电站首部枢纽设计方案优化探讨[J].西北水电.2014（01）
[3] 任国强.甘再水电站PH1引水发电系统设计方案的优化调整[J].西北水电.2014（S2）
[4] 马佳丽.天龙湖—金龙潭梯级电站联合控制调节功能设计与实现[J].水电自动化与大坝监测.2014（03）