天生橋二級水電站位于貴州安龍及廣西隆林兩縣的界河南盤江（紅水河支流）上，距貴陽市385km，距南寧市537km。根據(jù)紅水河規(guī)劃，由黃泥河口至北盤江匯合處的河段分三級開發(fā)，即一級大灣電站，二級壩索電站，三級平班電站。其中二級壩索電站落差最大，在14.5km的河段上集中落差181m，為優(yōu)良的水電開發(fā)點(diǎn)，故優(yōu)先開發(fā)。
概述
Tianshengqiao Erji Shuidianzhan
天生橋二級水電站(Tianshengqiao 二氧化氮 Hydropower Station) 位于中國廣西壯族自治區(qū)隆林各族自治縣及貴州省安龍縣界河南盤江上。水電站首部樞紐布置在天生橋峽谷出口的壩索，利用從壩索壩址至廠房長約14.5km的河段內(nèi)雷公灘構(gòu)成集中天然落差180m，裁彎取直，開鑿引水隧洞引水發(fā)電，以發(fā)電為單一開發(fā)目標(biāo)。
詳細(xì)資料
天生橋二級水電站
壩索電站壩址以上流域面積為 50194km2，占全流域面積的89.4％，多年平均徑流量為194億m3，多年平均流量為615m3／s，多年平均輸沙量為1490萬t，多年平均含沙量為 0.76kg／m3，是中國南方含沙量較大的河流之一。
本電站采用引水式開發(fā)方式，設(shè)計(jì)蓄水位645m，相應(yīng)庫容2600萬m3。廠房初期安裝4臺單機(jī)容量22萬kW的水輪發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘?8萬kW，保證出力19.9萬kW，年發(fā)電量49.2億kW·h。待上游大灣電站興建以后再擴(kuò)建兩臺同型號機(jī)組，總?cè)萘窟_(dá)132萬kW，保證出力提高到73萬kW，年發(fā)電量增加到82億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)由5990h增加到6212h。
電流通過500kV高壓輸電線送至廣西壯族自治區(qū)、廣東省及貴州省地區(qū)，可改善華南、中國西南地區(qū)的用電緊張狀況。
首部樞紐由左、右岸非溢流重力壩、溢流壩、沖沙閘及進(jìn)水口組成，壩軸線全長470m。
引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓井及高壓管道等組成。3條引水隧洞，每條長9776.21m，鉆爆法開挖段內(nèi)徑8.7m，掘進(jìn)機(jī)開挖段內(nèi)徑9.8m。調(diào)壓井采用帶上室的差動式圓型調(diào)壓井，井內(nèi)徑21m。壓力管道自調(diào)壓井后通過一段長18m的水平轉(zhuǎn)彎漸變段接直徑為5.7m的高壓鋼管，鋼管采用L形布置，末端由5.7m漸變?yōu)?.2m的錐管與廠房內(nèi)蝶閥相聯(lián)。
主廠房尺寸166.6×21.5×58.6m（長×寬×高）。電站第1臺機(jī)組于1992年底發(fā)電。
電站由首部樞紐、引水系統(tǒng)及廠房和開關(guān)站3部分組成，為一大型引水式水電工程。大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高60.7m，壩頂長471m。河床中部布置9孔寬9m的表孔溢洪道，右側(cè)布置沖沙閘和進(jìn)水口。主要水工建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量為13500m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量為19400m3/s。水庫正常蓄水位645m，設(shè)計(jì)洪水位649.93m，死水位(防洪限制水位)637m。最大下泄流量19400m3/s。在正常水位下相應(yīng)庫容0.26億m3，為一日調(diào)節(jié)水庫。
壩身進(jìn)水口后，經(jīng)發(fā)電引水鋼筋混凝土明管接引水隧洞。引水系統(tǒng)由3條平均長9776m、直徑8.1m～9.8m的引水隧洞，3個(gè)直徑21m、高88m的調(diào)壓井，以及每井分別引出的2條直徑5.7m、平均單條長600m的壓力管道組成。每條壓力管道對應(yīng)于1臺220MW水輪發(fā)電機(jī)組。水電站裝機(jī)容量為1320MW，多年平均年發(fā)電量82億kW·h，保證出力730MW。電站最大水頭204m，最小水頭174m，設(shè)計(jì)水頭176m。
引水隧洞采用鉆爆法和隧洞全斷面掘進(jìn)機(jī)開挖，一般鉆爆法開挖段襯砌內(nèi)徑8.7m，隧洞掘進(jìn)機(jī)開挖段襯砌內(nèi)徑9.8m，采用素混凝土或鋼筋混凝土襯砌。隧洞直徑主要為8.7m和9.8m，設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力為0.23MPa～0.83MPa，引用流量285m3/s。支護(hù)按限裂設(shè)計(jì)，限制裂縫寬度0.2mm。
隧洞洞線由進(jìn)口至杈溝長約8km的洞段穿越巖溶高山區(qū)，埋深300m～750m；由椏杈至中山包調(diào)壓井段，隧洞穿越砂巖、頁巖組成的低山丘陵區(qū)，直線長度約1.5km，隧洞埋深為150m～300m。隧洞約85%洞段為大理石、白云質(zhì)灰?guī)r，15%的洞段為砂巖、泥頁巖。其中I號主洞有大于10m的空腔溶洞9個(gè)，中小溶洞12個(gè)；Ⅱ號主洞有大于10m的空腔溶洞11個(gè)，中小溶洞10個(gè)；Ⅲ號主洞有大于10m的空腔溶洞11個(gè)，中小溶洞10個(gè)，共計(jì)長度約5341m。這些洞段需穿過大的溶洞(跨越洞線長度達(dá)20m～230m，并充填黏土夾塊石、礫石)，存在圍巖穩(wěn)定和地基不均勻沉陷等問題；緊靠溶洞(巖壁厚僅3m～4m)處，存在圍巖穩(wěn)定和承載力不夠的問題。隧洞埋深大，外水壓力高達(dá)4MPa，還存在襯砌結(jié)構(gòu)的外水壓力穩(wěn)定問題等。這些洞段處理設(shè)計(jì)的原則是，以高壓固結(jié)灌漿、錨桿等措施最大程度加固圍巖，以充分利用圍巖的承載能力；遇到較大溶洞時(shí)，采用鋼筋混凝土管梁、明鋼管、依托混凝土拱橋或樁基等措施通過，并用高壓固結(jié)灌漿加固基礎(chǔ)和圍巖；對地下水活動強(qiáng)烈的地段，采用高壓固結(jié)灌漿固結(jié)溶洞充填物，防止基礎(chǔ)的細(xì)顆粒被帶走。洞周高壓固結(jié)灌漿的最大壓力為4MPa～6MPa，孔深6m～8m；基礎(chǔ)孔深最大達(dá)90余m。整個(gè)工程高壓固結(jié)灌漿達(dá)33萬m，是中國首次成功采用6MPa高壓固結(jié)灌漿處理地下工程不良地質(zhì)缺陷，并首次成功地將物探檢測技術(shù)用于檢測高壓固結(jié)灌漿效果。
電站廠房布置于下山包，廠房后為高達(dá)380m的人工邊坡，采用了抗滑樁、鋼筋樁、錨索、框架等進(jìn)行綜合處理。
水電站工程分兩期建設(shè)，第一期低壩引水發(fā)電，建設(shè)兩洞4機(jī)，于1984年開工，Ⅰ號洞及其1號、2號機(jī)組相繼于1992年和1993年通水發(fā)電；Ⅱ號引水系統(tǒng)及其3號、4號機(jī)組相繼于1997年和1998年通水發(fā)電。在天生橋一級水電站建成后又?jǐn)U建一洞2機(jī)，Ⅲ號引水系統(tǒng)及廠房的土建工程于2000年9月底基本完成；5號機(jī)組于2000年10月發(fā)電，6號機(jī)組于2000年底發(fā)電。
截至2000年底，主要工程量：土方明挖量743萬m3，石方洞挖量383萬m3，混凝土及鋼筋混凝土量197萬m3，回填灌漿44萬m2，固結(jié)灌漿99萬m。工程投資103.7405億元。
工程由水利電力部中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，中國安能集團(tuán)建設(shè)總司、中國水利水電第九工程局有限公司等單位施工。
天生橋二級水電站的防沙設(shè)施
天生橋二級水電站是紅水河南盤江流域開發(fā)的一個(gè)梯級、高水頭徑流式電站，最大設(shè)計(jì)水頭240m，裝機(jī)容量近期88萬kw，遠(yuǎn)期132萬kw.南盤江是一條山區(qū)性河流，坡陡流急，沙石量多。由于首都樞紐水庫容積很小，電站引用流量大，因此樞紐的防沙問題十分突出。自初設(shè)階段開始設(shè)計(jì)了多種防沙布置方案，并通過模型試驗(yàn)進(jìn)行了論證修改。本工程充分利用天然河灣將泄流沖沙工程設(shè)于河中部及凸岸一側(cè)，引水工程設(shè)于彎頂凹岸一側(cè)，并于進(jìn)水閘前設(shè)置了一套防排沙設(shè)施。投產(chǎn)近幾年來，運(yùn)行情況良好，樞紐各項(xiàng)建筑物及防排沙工程發(fā)揮了預(yù)期的作用。其防沙設(shè)施的設(shè)計(jì)研究、調(diào)度運(yùn)行等情況進(jìn)行初步總結(jié)，為生產(chǎn)和科研實(shí)踐提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
河道及工程概況
天生橋二級水電站位于貴洲與廣西壯族自治區(qū)交界的南盤江下游天生橋雷公灘河段，首部樞紐設(shè)在天生橋峽谷出口的壩索村，廠房設(shè)在雷公灘下游的納貢村中山包，區(qū)間河段長17.99km，落差181.17m.天生橋水電站的興建，就是開發(fā)利用這一天然落差最集中、水力資源最豐富的河段。首部樞紐壩址以上的天生橋峽谷河段長4km，比降約為2.1%.兩岸岸壁陡峭，河床石頭眾多，崎嶇不平，水流紊亂。河床糙率變化在0.03～0.10之間。河面寬窄不均，峽谷區(qū)寬僅30～60m，峽谷出口到壩址間又放寬為一開闊河灣，河寬150～200m，水流較為平穩(wěn)，河道形勢如圖1.
南盤江流域天生橋壩址以上控制流域面積50194km2，壩址上游18.5km處有巴結(jié)水文站，每年平均降水量約為1145mm，暴雨多集中在6～9月，占全年72%左右。南盤江汛期一般從5月旬開始，到11月結(jié)束進(jìn)入枯水期，流域洪水系暴雨形成，汛期洪水頻繁，峰多量大，峰形較胖，一般一次洪水過程約10～15d.天生橋壩址設(shè)計(jì)洪水值如表1，特征流量如表2.
表1 設(shè)計(jì)洪水流量
設(shè)計(jì)頻率(%)????? 0.1????????? ?0.2?????? ?1?????????? ? ?2??????????????? 5?????????? 10?????????? 20?????????? 50
洪峰流量(m3/s) 19400???? 17600 13500???????? 11700????????????? 9400????? 7630?????? 5870?????? 3570
表2 特征流量
汛期平均????? 枯水平均?????? 多年平均
流量(m3/s)?????????????????1140????????????? 279???????????????? 4615
天生橋壩址多年平均懸移質(zhì)含沙量為0.757kg/m3，汛期多年平均0.921kg/m3，壩址上游巴結(jié)水文站實(shí)測最大斷面平均含沙量為8.70kg/m3，多年平均懸移質(zhì)總輸沙量為1490萬t，最大年輸沙量為2569萬t，來沙量主要集中在5～10月，占全年來沙量的95%，枯水期河水清澈。懸移質(zhì)泥沙的顆粒級配如表3所示，懸移質(zhì)泥沙平均粒徑為0.045mm，中值粒徑0.021mm(汛期).根據(jù)巴結(jié)水文站實(shí)測推移質(zhì)泥沙資料，結(jié)合計(jì)算及試驗(yàn)，推算得出推移質(zhì)泥沙年輸沙量約為50萬t.壩址處河床質(zhì)平均顆粒級配如表4所示。河床質(zhì)中值粒徑為18.5mm，最大粒徑為200mm.
表3 懸移質(zhì)泥沙顆粒級配
粒徑d(mm) 2.0 1.0 0.5 0.25 0.10 0.05 0.025 0.01 0.005
小于d的沙重百分?jǐn)?shù)(%) 汛期(6～10月) 99.9 99.9 99.3 97.5 91.0 78.6 57.0 31.4 17.9
非汛期(11～5月) 100.0 99.1 98.8 97.7 92.5 79.0 52.0 27.2 15.9
表4 壩址處河床質(zhì)平均顆粒級配
粒徑d(mm) 200 100 80 60 40 20 10 5 3 1 0.5 0.25 0.1
小于d的沙重百分?jǐn)?shù)(%) 100.0 95.0 91.5 86.5 77.5 57.0 37.0 22.5 15.5 6.0 3.0 1.5 0
天生橋二級水電站主要建筑物包括攔河建筑、引水系統(tǒng)和廠房三大部分。首部樞紐建筑物有左岸擋水壩、河床雙層溢流壩、沖排沙設(shè)施及發(fā)電洞進(jìn)水口等。攔河壩以上水庫長度約20km。水庫特性如表5所示。電站裝機(jī)機(jī)型為HLD10-LG集團(tuán)450，初期四臺，總?cè)萘?8萬kW，保證出力19.9萬kW，多年平均發(fā)電量49.2億度，遠(yuǎn)期裝機(jī)6臺，總?cè)萘?32萬kW，多年平均發(fā)電量82億度。單機(jī)引用流量139m3/s.最小工作水頭174m，最大工作水頭240m.
表5 水庫特性
正常畜水位 645.0m 水庫面積 3.4km2
設(shè)計(jì)洪水位 649.9m 總庫容(校核洪水位以下) 0.880億m3
校核洪水位 656.2m 正常蓄水位以下庫容 0.260億m3
汛期限制水位 640～637.0m 死庫容 0.076億m3
死水位 637.0m 調(diào)節(jié)庫容 0.184億m3
首部樞紐上部為一開闊彎道，根據(jù)地質(zhì)條件、施工條件、總體布置及引水排沙的要求，溢流壩設(shè)于河道左岸即凸岸一側(cè)，右岸即凹岸設(shè)進(jìn)水閘，中部為沖沙閘，首部樞紐攔河壩為重力壩，壩高58.7m，壩長477.28m，壩頂高程658.7m.溢流壩頂檻高程631.30m，頂上設(shè)9孔閘門，孔寬12m，最大過水能力18344M3/s；發(fā)電引水洞近期設(shè)2條，遠(yuǎn)期3條，洞長11.2km，洞徑9m，進(jìn)口閘底板高程622.0m；沖沙閘2孔，孔寬3m，高8.5m，閘底板高程619.0m，最大過流能力394.0m3/s；為了防止和減少沙卵石進(jìn)入引水洞，還在進(jìn)水閘前設(shè)置了導(dǎo)沙、沉沙及排沙裝置。
防排沙措施的設(shè)計(jì)及模型驗(yàn)證
樞紐建成后，上游河道來沙必然要到閘壩前，在進(jìn)水閘前需同時(shí)處理好防止粗細(xì)沙和卵石入洞問題。本工程緊接進(jìn)水閘后即為引水洞，閘后無處理泥沙的場地，全部沙卵石均需在進(jìn)水閘前處理完畢。為此，根據(jù)工程布置及地形條件，在發(fā)電洞進(jìn)水閘前設(shè)置了沉沙池、導(dǎo)沙坎及排沙廊道，該區(qū)位于彎道末端主流區(qū)，它與排沙閘一起構(gòu)成一個(gè)整體，是防止和減少泥沙進(jìn)閘的主要設(shè)施。具體做法是沿右孔沖沙閘的左墩向上游延伸，做一道低隔水墻，將壩前庫區(qū)隔為兩部分。右側(cè)部分在進(jìn)水閘前形成沉沙池，池內(nèi)只通過電站引用流量和排沙流量，因此水流平緩，用以沉積中粗沙及少量礫石，沉沙池進(jìn)口設(shè)導(dǎo)沙坎，沉沙池尾部設(shè)排沙廊道，廊道出口與排沙閘連接，見圖2、3.
沉沙池隔水墻長152.48m，與壩軸線交角85°，墻頂高程640.0m，沉沙池長129.66m，寬69.81m，池底高程622～619m，沉沙池進(jìn)口導(dǎo)沙坎長76.5m，與水流方向交角39°，坎頂高程631.0m，頂部設(shè)有攔污柵(兼做整流墩)，利用導(dǎo)沙坎排走從上游河道推近坎前的大量卵礫石和粗沙。由于導(dǎo)沙坎距壩前約200m，此區(qū)正值彎道主流頂沖帶，縱向及橫向流速均較強(qiáng)，導(dǎo)沙坎能夠很好地發(fā)揮作用，將泥沙導(dǎo)走，坎前無堆沙現(xiàn)象，能長期維持一條清水帶，取得較好的防沙效果。
沉沙池尾部進(jìn)水閘前所設(shè)排沙廊道與壩軸線成35°交角，長90.04m，下游端以曲線過渡與沖沙閘連接，曲線半徑為23.17m，長22.24m，廊道斷面由3m×3m漸變到3m×8.5m(寬×高)，廊道前側(cè)壁底部設(shè)13個(gè)1.5m×1.4m(寬×高)的小孔，孔距由3.5m漸變到5.5m.水流由側(cè)底孔進(jìn)入廊道，在廊道內(nèi)形成螺旋流，廊底流速高于廊頂流速，因此輸沙能力極強(qiáng)，試驗(yàn)測得的極限輸沙能力可達(dá)570kg/m3.越過導(dǎo)沙坎飛進(jìn)池內(nèi)的泥沙，先淤在池內(nèi)，然后推至池尾由廊道排走。廊道是防止泥沙的最后一層設(shè)防，可以連續(xù)使用或定期沖沙使用。
模型試驗(yàn)觀測表明，通過上述防排沙設(shè)施以后，進(jìn)入進(jìn)水閘內(nèi)的泥沙量很少，一個(gè)汛期內(nèi)分沙比可減至1%左右，但各級河道流量時(shí)進(jìn)水閘的進(jìn)沙情況是不一樣的，汛期頭場洪水漲峰期進(jìn)閘沙量較多，落峰期較少，第二次洪峰進(jìn)沙量比第一次少，但都是微量的，第一次落峰期較大的進(jìn)閘泥沙含量僅在0.004kg/m3左右。
根據(jù)模型試驗(yàn)，在一個(gè)汛期內(nèi)沉沙池內(nèi)的推移質(zhì)淤積量約9700t，日均淤積量約為130t，另外還有相當(dāng)數(shù)量的懸移質(zhì)泥沙淤積，估計(jì)日平均沉沙量約為3500t.因此沉沙池會很快淤到較高的平衡位置，水深減小。為了維護(hù)沉沙池的正常功能，保持足夠的水深，必需經(jīng)常清洗，可以水力沖洗，也可以考慮吸泥船清淤。
樞紐的調(diào)度方式
天生橋二級水電站是一座高水頭引水式水電站。壩上游庫容很小，泥沙會很快淤到壩前，樞紐的首要任務(wù)是處理庫內(nèi)淤積問題。水庫調(diào)度的原則應(yīng)當(dāng)是，在減少庫區(qū)淤積、減少進(jìn)洞沙量、確保運(yùn)行安全的前提下，充分滿足發(fā)電需要。天生橋一級水電站建成后，二級水電站泥沙問題將得到緩解，那時(shí)可進(jìn)一步考慮提高發(fā)電要求，調(diào)整運(yùn)行方式。天生橋二級水電站初設(shè)階段規(guī)定的正常蓄水位是645.0m，汛期限制水位637.0m.根據(jù)天然河道來水來沙條件及樞紐的防排沙要求，參考水庫淤積計(jì)算及模型試驗(yàn)資料，制定的調(diào)度方式如圖4所示，即：
(1)枯水期，河道流量小于800m3/s時(shí)，壩前水庫水位壅高到設(shè)計(jì)蓄水位645.0m運(yùn)行；
圖4 天生橋二級水電站首部樞紐調(diào)度方式示意
(2)初汛期，河道平均流量為800m3/s左右，壩前水位降到640.0m運(yùn)行；
(3)汛期頭場洪水漲峰階段，壩前水位穩(wěn)定在640.0m，隨著落峰再逐漸降到637.0m運(yùn)行；
(4)以后各次漲落峰時(shí)均穩(wěn)定在637.0m運(yùn)行。但當(dāng)流量小于800m3/s時(shí)，壩前水位仍壅高到645.0m運(yùn)行。
這種調(diào)度方式能使庫區(qū)床面在較長時(shí)間內(nèi)控制在較低高程，同時(shí)又能緩沖頭場洪水溯源沖刷的勢頭，減少進(jìn)洞的沙量。
天生橋二級水電站實(shí)際運(yùn)行情況
4.1 樞紐的過流能力 天生橋二級水電站首部樞紐投入運(yùn)行以來，運(yùn)行情況基本正常。沖沙閘、排沙廊道及溢流壩等設(shè)施的過流能力如圖5、圖6及表6、表7所示。
表6 天生橋二級水是站首部樞紐泄流量分配
泄量分配(m3/s)
洪水頻率 庫水位 下游水位 四機(jī)引用 洪峰流量 總泄流量
(m) (m) 流量(m3/s) (m3/s) (m3/s) 沖沙閘 排沙廊道 溢流壩
(二孔) (一孔)
汛期限制水位 637.0 633.55 570 3929 3359 394 114 2851
正常蓄水位 645.0 642.30 570 9508 8930 340 98 8500
20% 639.95 637.00 570 5870 5300 356 102 4842
5% 644.93 642.20 570 9400 8830 344 100 8386
設(shè)計(jì)1% 649.93 647.00 570 13500 12930 357 100 12476
校核0.1% 656.26 652.00 570 19400 18830 376 110 18344
表7 攔河壩下游水位流量關(guān)系
水位級 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
620 128 211 316 456 626 824 1050 1320 1610
630 1960 2330 2750 3200 3670 4200 4750 5330 5950 6600
640 7280 7980 8700 9450 10200 11000 11900 12800 13800 14800
650 15800 16900 18000 19200 20400 21600 22800 24100 25400
4.2 進(jìn)水口位置及導(dǎo)沙坎的作用 根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況可以看出，本工程進(jìn)水口位置較好。工程河段為一天然河灣，首部樞紐位于開闊河灣凹岸末端，主流均靠凹岸，沉沙池及池前導(dǎo)沙坎均設(shè)于此區(qū)，導(dǎo)沙坎前流速較高，主流頂沖。只要打開沖沙閘，行近坎前的推移質(zhì)泥沙絕大部分仍沿導(dǎo)沙坎隔水墻從沖沙閘排走。
但由于施工后期導(dǎo)沙坎前堆土清除不徹底，蓄水前后仍沿首部右岸邊坡傾倒隧洞施工碴料，破壞了天然河勢，主流靠岸程度有所減弱。1995年6月對導(dǎo)沙坎前地形測量發(fā)現(xiàn)有堆沙現(xiàn)象，導(dǎo)沙坎靠岸端1號孔處淤沙已與坎齊平，2號孔處淤沙略低于坎頂，自3號孔到6號孔淤沙逐漸降至627.0m左右。雖然目前坎前還能保持相當(dāng)程度的頂沖導(dǎo)流作用。但未充分發(fā)揮其設(shè)計(jì)潛力。因此，需要對上游河岸進(jìn)行清理整治。
4.3 沉沙池及排沙廊道的作用 沉沙池是由河岸邊、進(jìn)水閘、隔水墻及導(dǎo)沙坎合圍形成的，池內(nèi)水流與池外水流用隔水墻隔開，水流只從前面進(jìn)口進(jìn)入要求的流量，池內(nèi)水流平衡，
流速較低，平均流速一般小于0.6m/s，可以沉下粒徑大于0.5mm的推移質(zhì)泥沙，懸移質(zhì)泥沙中極粗部分亦可沉下。根據(jù)前面的試驗(yàn)資料，在一個(gè)汛期內(nèi)，沉沙池的推移質(zhì)淤積量可達(dá)9700t，日淤積厚度約1cm.根據(jù)估算，懸移質(zhì)泥沙日淤積厚度可達(dá)0.2m左右，因?yàn)槌辽吵厝莘e是有限的，進(jìn)池泥沙會很快淤高，達(dá)到平衡狀態(tài)，懸沙淤積平衡高程與運(yùn)行水位及引用流量有關(guān)，變化在626.0～628.0之間。據(jù)觀察，平衡后泥沙即沿淤積床面以沙波形式向前運(yùn)動，直至排沙廊道前沿，然后由排沙廊道排走。如果廊道排沙不力，勢必造成池內(nèi)淤積面抬高，以致泥沙翻過廊道頂蓋，進(jìn)入發(fā)電洞口，這種情況應(yīng)當(dāng)避免。
設(shè)在沉沙池尾部的排沙廊道是最后一道排沙措施，可以連續(xù)使用或定期使用，可以高水位排沙或降低水位排沙，定期降低水位排沙效果較好。根據(jù)前列資料，排沙廊道的最大泄流量可達(dá)250m3/s，相應(yīng)廊道內(nèi)平均流速可達(dá)9m/s；當(dāng)廊道內(nèi)流量為100m3/s時(shí)，廊道內(nèi)流速可達(dá)5m/s左右，廊道內(nèi)流速較高，而且呈螺旋流運(yùn)動，因此輸沙能力極強(qiáng)，進(jìn)入沉沙池內(nèi)的泥沙行近排沙廊道時(shí)能順利通過廊道排走。排沙廊道與沖沙閘交角為65°，且以大半徑曲線段連結(jié)，運(yùn)行中沒有發(fā)現(xiàn)明顯震動現(xiàn)象。
1993年1月引水隧洞放空檢查時(shí)，對沉沙池進(jìn)行了清場沖洗，水庫水位從638m放空至627m以下，打開沖沙廊道，將沉沙池內(nèi)幾年堆積的0.8～2.5m厚的淤沙全部沖走，池底不留淤沙，說明沉沙池及排沙廊道的排空能力很強(qiáng)。
為了增加發(fā)電量，天生橋電廠經(jīng)常采用的是定期高水位排沙，93、94及95三年的沖沙次數(shù)依次為7、6、3次，庫水位均在637m以上。這種排沙方式對排除廊道前沿的淤沙有效，是必要的，而且應(yīng)當(dāng)增加次數(shù)，經(jīng)常排沙。但對排除整個(gè)沉沙池淤沙的作用不大。1995年6月實(shí)測資料表明，經(jīng)過這三年的高水位運(yùn)行，池內(nèi)淤沙厚度已達(dá)3～6m，基本接近平衡狀態(tài)。沉沙池內(nèi)淤沙粒徑d95為0.25mm，d50為0.06mm，和天然懸移質(zhì)泥沙粒徑相近，進(jìn)入廠房水輪機(jī)內(nèi)的泥沙粒徑d95為0.06mm，d50為0.006mm，小于天然沙懸移質(zhì)粒徑。電廠水輪機(jī)進(jìn)沙量少而細(xì)，沒有出現(xiàn)明顯的泥沙磨損問題，機(jī)組能安全發(fā)電。天然推移質(zhì)粒徑d95為100mm，d50為20mm，d3為0.5mm，沒有進(jìn)沉沙池。說明排沙設(shè)施已起到很大作用。但目前沉沙池已接近淤積平衡狀態(tài)，急需增加中低水位沖沙次數(shù)，恢復(fù)沉沙容積。為了保證正常發(fā)電，必須堅(jiān)持合理的調(diào)度方式，用水與排沙同時(shí)兼顧。
4.4 調(diào)度方式及區(qū)間泥沙處理 如上所述，為了保障引水發(fā)電的要求，天生橋二級水電站在首部樞紐設(shè)計(jì)建造了一套攔水設(shè)施和一套防沙設(shè)施，此外，又設(shè)計(jì)制定了一套樞紐調(diào)度方式。工程投產(chǎn)后，基本上按原定方式調(diào)度執(zhí)行，但做了一些修改。
考慮到發(fā)電洞進(jìn)水口頂板高程為635m，汛期防洪限制水位為637m，淹沒水深僅2m，相應(yīng)庫容僅286m3，洪水退落階段流量水位很快回落，在閘門操作很難快速適應(yīng)的情況下，發(fā)電洞容易進(jìn)氣。同時(shí)，如前所述，當(dāng)水位低于637m時(shí)，排沙廊道各小孔區(qū)會出現(xiàn)漩渦漏斗進(jìn)氣。因此為了電站安全，水庫控制水位應(yīng)適當(dāng)提高。另外，天生橋一級水電站水庫蓄水以后，二級電站泥沙來量可能減少。因此根據(jù)長遠(yuǎn)及近期情況，從提高發(fā)電效益和安全運(yùn)行要求出發(fā)，宜將水庫運(yùn)行水位適當(dāng)提高。
新調(diào)度方式規(guī)定：
(1)非汛期，水庫壩前運(yùn)行水位定為645m.
(2)汛期，①Q(mào)<800m3/s，在頭場洪峰來臨之前，將庫水位放到640m.②頭場洪峰期：當(dāng)8004000m3/s時(shí)，全部閘門敞泄。③其余各場洪水漲峰段：當(dāng)Q<800m3/s時(shí)，壩前水位壅到645.0m；當(dāng)8004000m3/s時(shí)，全部閘門敞泄。④各場洪峰段：當(dāng)Q>4000m3/s時(shí)，全部閘門敞泄；當(dāng)4000>Q>1480m3/s時(shí)，壩前水位穩(wěn)定在640.0m；當(dāng)Q<1480m3/s時(shí)，壩前水位穩(wěn)定在645.0m.
兩種調(diào)度方式如圖所示，其差別在汛期。新方式汛期水位控制在640～642m，因此發(fā)電效益較高，但庫區(qū)床面可能較高，原方式汛期控制水位為637m，發(fā)電效益較低，但庫區(qū)床面較低，泥沙不易進(jìn)入沉沙池，兩種方式特點(diǎn)與效果不盡相同。原調(diào)度方式的制定是以天生橋一級水電站晚建或不建為前提的，并認(rèn)為上游河道推移質(zhì)泥沙遲早要來到樞紐壩前，為了保持壩前庫容，降低淤積高程，減少進(jìn)入沉沙池內(nèi)的沙量，因此需要在汛期降低水位排沙。現(xiàn)在一級電站已經(jīng)動工興建，適當(dāng)壅高二級電站運(yùn)行水位，將推移質(zhì)(粗沙及卵石)擋在一級電站庫區(qū)內(nèi)是有利的，高水位運(yùn)行也有利于增加發(fā)電量，有利于安全操作。但一、二級水庫區(qū)間相距約7km，區(qū)間原有的河床沙卵石，兩岸沖溝下來的沙石，一級電站施工期拋入河中的大量碴料，以及一級水庫為了維護(hù)其有效庫容，汛期仍可能向下游排泄渾水等，在一級電站投入運(yùn)行后，這些沙石都會被下泄水流沖到二級庫內(nèi)，對二級電站引水不利。高水位運(yùn)行時(shí)懸移質(zhì)泥沙(包括細(xì)顆粒沙質(zhì)推移質(zhì))仍將進(jìn)入二級電站壩前庫段，并且很快淤到平衡，水位愈高，淤積面愈高，泥沙容易翻過導(dǎo)沙坎進(jìn)沉沙池。因此對防沙仍會有不利影響。兩種方式何者為宜，需在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)一步研究解決。
攔污問題，天生橋二級電站首部樞紐進(jìn)水閘前設(shè)置了細(xì)格攔污柵，沉沙池導(dǎo)沙坎頂設(shè)置了粗格攔污柵，柵前還設(shè)置了導(dǎo)漂。實(shí)際運(yùn)行情況是，在較大洪水時(shí)，由于溢流壩泄量大，導(dǎo)漂設(shè)施能很好地起到導(dǎo)污作用，但在頭場洪水期間，水中漂浮物多，而流量并不很大，溢洪道尚不能開啟，溢流壩泄量也很小，這時(shí)漂浮物大量涌入沉沙池和進(jìn)水閘，嚴(yán)重時(shí)造成攔污柵堵塞，柵上下游壓差可達(dá)數(shù)米，如果兩道攔污柵同時(shí)堵塞壓差更大，致使沉沙池內(nèi)和進(jìn)水閘后達(dá)不到設(shè)計(jì)水位，低于637m，廊道和發(fā)電洞可能進(jìn)氣，影響正常運(yùn)行。為了充分發(fā)揮天生橋引水防沙設(shè)施的效用，有必要進(jìn)一步研究改進(jìn)現(xiàn)有的攔污設(shè)施。
天生橋二級電站投產(chǎn)運(yùn)行幾年來，各項(xiàng)設(shè)施工作情況良好，但也存在某些問題，主要包括：
(1)充分利用天然河灣，將泄流排沙工程布設(shè)于河道中部和凸岸，將引水工程布設(shè)于凹岸主流區(qū)是合理的； (2)在引水區(qū)前沿彎道主流區(qū)設(shè)置了一道與主流交角為35°的導(dǎo)沙坎，利用導(dǎo)沙坎前產(chǎn)生的環(huán)流，進(jìn)一步攔截導(dǎo)走推移至坎前的卵石粗沙，使攔排沙效果處于有利的狀態(tài)；
(3)在進(jìn)水閘前利用一部分庫區(qū)作為沉沙池，來控制越過導(dǎo)沙坎的中沙群島和粗沙，是十分必要的。天生橋電站進(jìn)水閘后無泥沙處理場地，利用閘前部分庫容作為沉沙池是一種充分利用空間的好辦法。同時(shí)沉沙池的隔水墻與導(dǎo)沙坎連為一體在施工期間可以作為施工導(dǎo)流墻，將庫區(qū)內(nèi)的沙卵石沿墻外導(dǎo)向壩下游；
(4)在沉沙池尾部設(shè)置排沙廊道，可以進(jìn)一步排除池內(nèi)淤沙。排沙廊道連續(xù)或定期排沙，清洗沉沙池，從而保持沉沙池處于較好的工作狀態(tài)。排沙廊道與排沙閘之間采用曲線型過渡連接，可避免急彎產(chǎn)生負(fù)壓；
(5)隨著流量過程變化采取靈活的調(diào)度方式。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，汛期壩前控制水位可適當(dāng)提高到中等水位而不限定在最低水位。這種運(yùn)行方式可能會使庫區(qū)床面淤積高程有所抬高，沉沙池進(jìn)沙增加，但只要淤積泥沙能順利地從廊道排走，這種運(yùn)行方式也是可取的。
(6)存在問題一是攔污設(shè)施尚不夠完善，二是天生橋一級水電站施工棄渣對二級河道的影響日益明顯。這些問題均需進(jìn)一步研究解決。
參考資料 >