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【摘 要】水在火力发电生产过程中，主要担负着工作介质和冷却介质的作用，供水可靠性关系到火电厂安全与可靠运行。受选址综合因素影响，电厂取水条件不够理想，需要采取相应辅助措施进行弥补。本文介绍了华电（印尼）玻雅项目在浅水河道采用底流槽取水的可行性研究，对同类项目取水方案选取具有一定的借鉴和参考作用。
【关键词】火力发电厂;浅水河道;底流槽;应用研究
1 引 言
华电（印尼）玻雅2×660MW坑口电站工程（以下简称“玻雅工程”）位于印度尼西亚南苏门答腊省，是中国华电集团实施国家“一带一路”发展战略的重点工程，一期新建2×660MW超临界燃煤发电机组，距离供煤矿区约1.6公里，是印尼在建的最大坑口电站。受电站坑口煤矿地理位置影响，工程补充水取自厂址以西1.3公里的Enim河地表水。
Enim河属于热带降雨式含固径流河，厂址附近的最佳取水点位于“C”字型河段的凹岸侧（如下图所示）。取水河段水浅较急，洪水期水位暴涨暴落，流量和泥沙含量变化较大，河岸地质条件不牢固，诸多不利因素给电厂取水可靠性带来了挑战。为保障工程的取水安全，项目组织对水资源和不同取水方案进行了比较论证，最终确定采用明渠引水+开敞式取水的方案。
2 纵向底流槽方案的提出
Enim河取水河段属于卵石河床和石质河床相间分布，河床为粗粒径乱石、卵石、沙砾和泥组成的较厚覆盖层，局部深槽区域分布着淤泥和细颗粒泥沙，厚度约20cm～30cm。取水口累计频率97%和99%的设计枯水流量分别为1.91m3/s和1.89m3/s，累积频率97%和99%的设计枯水最大水深仅0.61m和0.60m，不能达到取水深度的设计要求。需要在取水口采取技术措施降底河床，清理沉沙，满足电厂的取水需求。
根据现场地理条件和收集的水沙特性资料，该河段符合《火力发电厂水工设计规范》中采用纵向底流槽引水的一般要求。在取水口设置纵向底流槽，一方面可解决枯水期取水口水深不足问题，提高取水保证率;另一方面通过设置适合河道特性和取水流量的纵向底流槽，利用水流的自然冲刷带走槽内淤积的泥沙，可减少人工清淤频次，确保取水安全。设置纵向底流槽具有工程量小、对河道及环境影响小的优点。
合适的纵向底流槽布置型式和规模等需要通过泥沙物理模型试验确定，为取水工程的防沙设计提供参考依据，保障工程取水安全，项目委托中国水利水电科学研究院开展了取水口泥沙淤积物理模型试验研究。
3 底流槽物理模型设计与制作
课题组分析收集的取水河段水文泥沙、水位流量以及冲淤演变等资料，结合取水河段的河道地形特性，确定模型范围为取水口上下游各500m河段，采用几何比尺为1：36的正态模型。
为准确的模拟现场情景，试验按照玻雅取水河段实测1：500地形塑造建设模型地形，并配备了先进的测控仪器设备和完善的自动测控系统，主要包括自动供水控制系统、电动尾门控制系统、自动水位测量系统、自动流速测量系统、自动地形测量系统、流场测量系统和推移质加沙设备等。
合理选用模型沙是模型试验设计的关键，本次研究对象以卵石推移质为主，且粒径范围在1cm～30cm，因此选取了九江的天然河沙，经精细加工分组筛选得到，试验中将分组模型沙按照原型沙依模型比尺缩放后的比例进行配比，以满足模型沙与原型沙相似的要求。
试验模型经水位、流速分布和冲淤试验验证，试验结果与现场实测结果基本吻合，满足水流阻力、水流运动和泥沙冲淤相似要求，可较好的模拟验证取水河段运行状况。
4 底流槽方案验证与优化
为进一步了解取水河段的水沙运动规律，掌握取水工程建设前后取水河段水沙及冲淤变化特性，课题组进行了工程修建前后模型对比试验，并通过试验研究給出了纵向底流槽的优化推荐方案。
4.1底流槽取水可行性验证
本次模型试验的主要任务是研究取水口前设置纵向底流槽的可行性，并在初步设计基础上优化纵向底流槽的形态，以尽量减少进入纵向底流槽的推移质泥沙，因此，取水河段的推移质输沙规律是试验的重点。
经试验表明，取水河段在260m3/s（两年一遇洪水）以下时，随着流量的增加推移质输沙能力增强，输沙带沿河道主槽走向，与主流基本一致，略偏向河道右岸;流量大于260m3/s后因为水流在左岸漫滩，推移质输沙能力变化不大。通过对260m3/s和 405m3/s（五年一遇洪水）两组工况下的推移质输沙带试验发现：随着流量增加，输沙带会稍向左岸方向发展，且略有变宽现象。拟建取水口前的输沙带分布位置看，两种工况下的输沙带离取水口口门均还有一定距离，贴岸布置纵向底流槽，基本可以避开主要输沙带。
课题组还分别从沿程水位变化、断面流速分布、取水河段表面流场等角度进行了工程修建前符合性验证，试验证明建纵向底流槽具备可行性。
4.2 底流槽方案优化与验证
原设计纵向底流槽长150m、底宽10m、挖深2.0m，贴岸走向。通过模型对该方案试验表明，初步设计的底流槽内泥沙淤积比较明显，人工清淤工作量大，难以满足安全取水要求。对此，水科院对原纵向底流槽从三个方面进行了优化：一是底流槽入口处保持10m宽度不变，宽度自上而下逐渐缩窄，至出口处缩至5.4m;二是底流槽进口正对河道深槽，增加底流槽进水量的同时减少推移质进沙量;三是将底流槽靠主流侧（左侧）边墙标高增高至59.0m，以减少侧向进入底流槽的推移质泥沙。
经模型验证，优化后的底流槽在水位和流场方面无明显变化，能满足项目取水需求。试验重点对底流槽内淤积分布进行验证，从前期试验看，45.44m3/s的常规流量下纵向底流槽内基本不会产生泥沙淤积，比较试验主要考虑104.61m3/s（雨季常遇流量）、260m3/s（两年一遇洪水）和600m3/s（二十年一遇洪水）三个流量级，输沙试验以24h为一个周期，从工程安全的角度，模型输沙试验均采用最不利工况的饱和加沙。 输沙试验结果表明，优化后的底流槽在上游来流量104.61m3/s和 260m3/s时均能保证取水口附近没有明显的泥沙淤积，仅在底流槽进口段和左侧底部会产生部分泥沙淤积，一般不会影响取水口的正常取水;在上游来流量 600m3/s时底流槽内有一定量的泥沙淤积，可能会影响取水安全，需加强监测并及时处理。同时，底流槽冲沙试验结果还表明，在底流槽内产生较多泥沙淤积时，只要水流条件合适（如流量在100m3/s～300m3/s之间时），一般在 24～36h内即可将底流槽内大部分淤积泥沙冲刷出去，可保证取水安全。
试验发现，由于优化方案的底流槽进口正对河道的主输沙带，在流量104.61m3/s和260m3/s的情况下，底流槽进口段有较多的泥沙淤积，为防止极端条件下泥沙淤堵底流槽入口，进而影响枯水期的取水保证率，课题组建议汛前和汛末及时检查和清理底流槽进口段。
5 结论
研究证明，玻雅工程Enim河取水口建设纵向底流槽，能有效解决取水深度和取水流量不足问题，同时，通过优化底流槽设计，选择合适的规模和布置型式，可有效防止类似推移质淤积为主的河道取水口淤堵，保证工程取水安全。
致 谢
本工程前期技术论证，得到中国水利水电科学研究院、交通运输部天津水运工程科学研究院、山东电力工程咨询院有限公司等单位的大力支持，在此，一并表示深深的感谢！
参考文献：
[1]火力发电厂水工设计规范 DL/T 5339-2018
[2]《电力工程水务设计手册》西北电力设计院编，中国电力出版社出版，2005年。
[3]《華电（印尼）玻雅 2×660MW 坑口电站取水口泥沙淤积物理模型试验研究》，中国水利水电科学研究院 年11月。
[4]《华电（印尼）玻雅2×660MW坑口电站工程水资源论证报告》，交通运输部天津水运工程科学研究院 年2月。
[5]《华电（印尼）玻雅 2×660MW 坑口电站工程岩土工程勘测报告》（取水口地段），山东电力工程咨询院有限公司，年6月。
作者简介：
谷秋成 硕士 毕业于华北电力大学 高级工程师 现任职中国华电香港有限公司（印尼）玻雅EPC项目部项目经理。
蒋 波 学士 毕业于长沙电力学院，高级工程师，现任职中国华电香港有限公司（印尼）玻雅EPC项目部化水专业主管。
（作者单位：华电（印尼）玻雅电站EPC项目部）
【关键词】火力发电厂;浅水河道;底流槽;应用研究
1 引 言
华电（印尼）玻雅2×660MW坑口电站工程（以下简称“玻雅工程”）位于印度尼西亚南苏门答腊省，是中国华电集团实施国家“一带一路”发展战略的重点工程，一期新建2×660MW超临界燃煤发电机组，距离供煤矿区约1.6公里，是印尼在建的最大坑口电站。受电站坑口煤矿地理位置影响，工程补充水取自厂址以西1.3公里的Enim河地表水。
Enim河属于热带降雨式含固径流河，厂址附近的最佳取水点位于“C”字型河段的凹岸侧（如下图所示）。取水河段水浅较急，洪水期水位暴涨暴落，流量和泥沙含量变化较大，河岸地质条件不牢固，诸多不利因素给电厂取水可靠性带来了挑战。为保障工程的取水安全，项目组织对水资源和不同取水方案进行了比较论证，最终确定采用明渠引水+开敞式取水的方案。
2 纵向底流槽方案的提出
Enim河取水河段属于卵石河床和石质河床相间分布，河床为粗粒径乱石、卵石、沙砾和泥组成的较厚覆盖层，局部深槽区域分布着淤泥和细颗粒泥沙，厚度约20cm～30cm。取水口累计频率97%和99%的设计枯水流量分别为1.91m3/s和1.89m3/s，累积频率97%和99%的设计枯水最大水深仅0.61m和0.60m，不能达到取水深度的设计要求。需要在取水口采取技术措施降底河床，清理沉沙，满足电厂的取水需求。
根据现场地理条件和收集的水沙特性资料，该河段符合《火力发电厂水工设计规范》中采用纵向底流槽引水的一般要求。在取水口设置纵向底流槽，一方面可解决枯水期取水口水深不足问题，提高取水保证率;另一方面通过设置适合河道特性和取水流量的纵向底流槽，利用水流的自然冲刷带走槽内淤积的泥沙，可减少人工清淤频次，确保取水安全。设置纵向底流槽具有工程量小、对河道及环境影响小的优点。
合适的纵向底流槽布置型式和规模等需要通过泥沙物理模型试验确定，为取水工程的防沙设计提供参考依据，保障工程取水安全，项目委托中国水利水电科学研究院开展了取水口泥沙淤积物理模型试验研究。
3 底流槽物理模型设计与制作
课题组分析收集的取水河段水文泥沙、水位流量以及冲淤演变等资料，结合取水河段的河道地形特性，确定模型范围为取水口上下游各500m河段，采用几何比尺为1：36的正态模型。
为准确的模拟现场情景，试验按照玻雅取水河段实测1：500地形塑造建设模型地形，并配备了先进的测控仪器设备和完善的自动测控系统，主要包括自动供水控制系统、电动尾门控制系统、自动水位测量系统、自动流速测量系统、自动地形测量系统、流场测量系统和推移质加沙设备等。
合理选用模型沙是模型试验设计的关键，本次研究对象以卵石推移质为主，且粒径范围在1cm～30cm，因此选取了九江的天然河沙，经精细加工分组筛选得到，试验中将分组模型沙按照原型沙依模型比尺缩放后的比例进行配比，以满足模型沙与原型沙相似的要求。
试验模型经水位、流速分布和冲淤试验验证，试验结果与现场实测结果基本吻合，满足水流阻力、水流运动和泥沙冲淤相似要求，可较好的模拟验证取水河段运行状况。
4 底流槽方案验证与优化
为进一步了解取水河段的水沙运动规律，掌握取水工程建设前后取水河段水沙及冲淤变化特性，课题组进行了工程修建前后模型对比试验，并通过试验研究給出了纵向底流槽的优化推荐方案。
4.1底流槽取水可行性验证
本次模型试验的主要任务是研究取水口前设置纵向底流槽的可行性，并在初步设计基础上优化纵向底流槽的形态，以尽量减少进入纵向底流槽的推移质泥沙，因此，取水河段的推移质输沙规律是试验的重点。
经试验表明，取水河段在260m3/s（两年一遇洪水）以下时，随着流量的增加推移质输沙能力增强，输沙带沿河道主槽走向，与主流基本一致，略偏向河道右岸;流量大于260m3/s后因为水流在左岸漫滩，推移质输沙能力变化不大。通过对260m3/s和 405m3/s（五年一遇洪水）两组工况下的推移质输沙带试验发现：随着流量增加，输沙带会稍向左岸方向发展，且略有变宽现象。拟建取水口前的输沙带分布位置看，两种工况下的输沙带离取水口口门均还有一定距离，贴岸布置纵向底流槽，基本可以避开主要输沙带。
课题组还分别从沿程水位变化、断面流速分布、取水河段表面流场等角度进行了工程修建前符合性验证，试验证明建纵向底流槽具备可行性。
4.2 底流槽方案优化与验证
原设计纵向底流槽长150m、底宽10m、挖深2.0m，贴岸走向。通过模型对该方案试验表明，初步设计的底流槽内泥沙淤积比较明显，人工清淤工作量大，难以满足安全取水要求。对此，水科院对原纵向底流槽从三个方面进行了优化：一是底流槽入口处保持10m宽度不变，宽度自上而下逐渐缩窄，至出口处缩至5.4m;二是底流槽进口正对河道深槽，增加底流槽进水量的同时减少推移质进沙量;三是将底流槽靠主流侧（左侧）边墙标高增高至59.0m，以减少侧向进入底流槽的推移质泥沙。
经模型验证，优化后的底流槽在水位和流场方面无明显变化，能满足项目取水需求。试验重点对底流槽内淤积分布进行验证，从前期试验看，45.44m3/s的常规流量下纵向底流槽内基本不会产生泥沙淤积，比较试验主要考虑104.61m3/s（雨季常遇流量）、260m3/s（两年一遇洪水）和600m3/s（二十年一遇洪水）三个流量级，输沙试验以24h为一个周期，从工程安全的角度，模型输沙试验均采用最不利工况的饱和加沙。 输沙试验结果表明，优化后的底流槽在上游来流量104.61m3/s和 260m3/s时均能保证取水口附近没有明显的泥沙淤积，仅在底流槽进口段和左侧底部会产生部分泥沙淤积，一般不会影响取水口的正常取水;在上游来流量 600m3/s时底流槽内有一定量的泥沙淤积，可能会影响取水安全，需加强监测并及时处理。同时，底流槽冲沙试验结果还表明，在底流槽内产生较多泥沙淤积时，只要水流条件合适（如流量在100m3/s～300m3/s之间时），一般在 24～36h内即可将底流槽内大部分淤积泥沙冲刷出去，可保证取水安全。
试验发现，由于优化方案的底流槽进口正对河道的主输沙带，在流量104.61m3/s和260m3/s的情况下，底流槽进口段有较多的泥沙淤积，为防止极端条件下泥沙淤堵底流槽入口，进而影响枯水期的取水保证率，课题组建议汛前和汛末及时检查和清理底流槽进口段。
5 结论
研究证明，玻雅工程Enim河取水口建设纵向底流槽，能有效解决取水深度和取水流量不足问题，同时，通过优化底流槽设计，选择合适的规模和布置型式，可有效防止类似推移质淤积为主的河道取水口淤堵，保证工程取水安全。
致 谢
本工程前期技术论证，得到中国水利水电科学研究院、交通运输部天津水运工程科学研究院、山东电力工程咨询院有限公司等单位的大力支持，在此，一并表示深深的感谢！
参考文献：
[1]火力发电厂水工设计规范 DL/T 5339-2018
[2]《电力工程水务设计手册》西北电力设计院编，中国电力出版社出版，2005年。
[3]《華电（印尼）玻雅 2×660MW 坑口电站取水口泥沙淤积物理模型试验研究》，中国水利水电科学研究院 年11月。
[4]《华电（印尼）玻雅2×660MW坑口电站工程水资源论证报告》，交通运输部天津水运工程科学研究院 年2月。
[5]《华电（印尼）玻雅 2×660MW 坑口电站工程岩土工程勘测报告》（取水口地段），山东电力工程咨询院有限公司，年6月。
作者简介：
谷秋成 硕士 毕业于华北电力大学 高级工程师 现任职中国华电香港有限公司（印尼）玻雅EPC项目部项目经理。
蒋 波 学士 毕业于长沙电力学院，高级工程师，现任职中国华电香港有限公司（印尼）玻雅EPC项目部化水专业主管。
（作者单位：华电（印尼）玻雅电站EPC项目部）