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摘要：对于引水式水电站而言，需要利用引水道集中其所需的大部分水头，甚至是全部水头，因此引水系统设计的合理性会对整个水电站工程的经济效益、运行的稳定性等产生决定性作用，所以优化水电站发电引水系统的设计有着重要的现实意义。本文就针对该问题展开讨论。
关键词：水电站；发电引水系统；优化设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、系统的优化布置
水电站发电引水系统主要包括三大部分，即进水口、引水道及发电站，其中引水道又分为两种，即有压引水道与无压引水道，其中无压引水道的主要形式为渠道或者无压隧洞，而有压引水道的主要形式多为有压隧洞与管道等等。在系统布置阶段要注意，如果存在布置上的缺陷，其在后续是无法弥补的，从而导致系统带病运行。因此，在系统布置时，不仅要严格遵守相关设计规范的要求，而且要与工程的实际情况相结合，将施工因素、环境评价、水保等充分考虑进来；并且还要将相关配套设置考虑在内。
二、进水口的优化设计
水电站发电引水系统的进水口，其主要作用是从水源中取水，并阻止杂质、有害物质等进入引水道，如有需要，还能够及时中断水流，所以要对进水口进行优化设计，具体要注意以下几点：
（一）合理选择进水口的位置
选择进水口的位置时，需要考虑以下几个方面：首先地形地质要具备适应性，地形方面尽量不要在高边坡进行开挖，以保证对外交通的便利性；地质方面则要尽量避免设置在破碎带或软弱夹层。其次，尽量选择无引渠的方案，如无可避免则要尽量缩短引渠的距离，以够由于引渠过长不利于电站的负荷突增。再次，选择进水口布置时，要充分考虑大坝、溢洪道等因素的相对关系。最后，要采取相应的防砂措施，底板高程要位于沉砂高程与排砂漏斗之间。
（二）合理选择进水口的型式
决定选择何种进水口的因素主要有两个，即进水口的地形地质条件及取水方式。如果采取坝上取水的方式，则采用坝式进水口，即进水口依附于坝体之上；如果地形条件、地质条件相对较好，具备良好的喇叭口或闸门竖井施工条件，则可以选择竖井式进水口；反之，如果地形条件、地质条件不是太好，则可以选择岸塔式进水品，其又分为两种，即整体靠岸与下部靠岸两种，在选择过程中，岩石节理发育、产状、施工方式等因素会对其产生直接影响。施工过程中，针对一些坡度较陡的边坡，可以选择边开挖边支护方法，或者先局部槽挖后扩展至整体的方法，从而实现垂直开挖的施工方案，然后再整体浇筑混凝土，使得进水口整体靠岸。在布置进水口时，要充分考虑进水口的型式，比如对于竖井式进水口来说，要将拦污栅和闸门分开设置，但布置不得过于分散，否则会增加后续管理方面的难度；而其它的几种进水口型式，则要求拦污栅与闸门集中布置，可以提高后续运行管理的便利性。
要注意确定出以下几个参数：底板高程、操作平台高程、操作平台具体尺寸、启闭室地面高程及具体尺寸、闸门大小、通气孔的面积等等。其中在确定底板高程时，不仅要求其满足防砂功能，而且要保证电站处于死水位运行状态时不得产生吸气漏斗；比如引水道在施工期导流，则在确定进水口的底板高程时要与导流工程进行全面的技术性、经济性的比较。而操作平台的高程，则根据最高水位与波浪爬高再加一定超高来确定，并参照金属结构的布置确定其尺寸；结合闸门启闭确定启闭室的地面高程，并参照启闭机型式加运行操作空间来确定具体尺寸。喇叭口通常采用1/4椭圆曲线，在喇叭口处要设置拦污栅，过栅的流速控制在每秒0.8~1.2m范围内，需要注意，该流速并非引用流量扣除栅条面积后的喇叭口面积，而是直接用引用流量除以喇叭口面积。由于水轮机前会设置蝶阀进行控制，因此电站进水口通常只设置检修闸门，保证进水口闸门可以在静水中启闭，检修闸门的面积至少要大于引水道的面积。
（三）进水口地基与岸坡处理
在选择进水口地基时，其底板不得选择土基、全风化或强风化岩基之上。针对裂隙已经发育的岩基可以采用固结灌浆的方法进行加固，设置3-4m的孔距与排距，孔深则控制在3-5m范围内，也可以结合具体情况进行选择。针对岩基中的断层破碎带，通常要进行开挖施工，开挖的深度至少为断层破碎带宽度的一倍以上，完成开挖后再回填混凝土塞，混凝土塞可以是素混凝土，也可以是钢筋混凝土。针对岩基中的缓倾角软弱带、泥化夹层等情况，要视其具体埋深及其对地基的影响程度选择不同的处理方案。如果埋深较浅，无法保证地基的稳定性，必须全部清除；反之如果埋深较深，并且可以保证地基的稳定性，则可以选择部分清除，甚至没有必要清除，不过要对其发展趋势进行全面论证。
针对岸坡的处理，要与实际的施工方式相结合，对岸坡的稳定性做出综合评价，再采取有效措施。开挖高边坡时，要间隔10m左右设置一条马道，宽度至少在2m。
三、引水道的优化设计
（一）引水道的布置
在布置引水道时需要遵循两个基本原则，其一，要尽量快速的进洞出洞，通常对进出洞口上所覆的岩石厚度没有进行具体规定，有些工程会利用浇筑明管段进洞的方法以提高进洞速度，也是可行的。所以影响进洞出洞的主要因素并非其洞口上所覆盖的岩石厚度，而是要采取科学的施工程度，合理的工程措施。需要注意一点，在计算洞口上覆的岩石厚度时，通常会从强风化岩体中下线开始计算，具体还要考虑强风化岩体的发育程度。其二，针对流速大于每秒16m的高速水流隧洞而言，在平面上尽量布置成一条直线，如地形、地质条件会有所限制，则要尽量减少转弯的数量；转弯半径和弯道首尾直线段长均应大于8~10倍洞径或洞宽，转角不应大于15b，如有必要还要进行水工模型实验。
（二）引水道的衬砌型式
通常引水道的衬砌型式分为三种，即平整衬砌、单层衬砌及组合式衬砌，当然要结合工程的地质条件、实际的施工方法来选择适用的衬砌方式。针对I、II类围岩可以采用平整衬砌的方案，可以降低隧洞表面的糙率，防止渗漏，并起到保护岩石的作用；不过施工过程中采用喷砼的施工方案，虽然喷砼自身也具有一定的糙率，但是不同的隧道采取的施工方式也不同，相应的也会对其表面平整度产生直接影响；而III类围岩比较适合采用喷锚支护或单层衬砌的的施工方法；IV类、V类围岩、软弱破碎的岩体等，则采用单层衬砌或组合衬砌的型式等等。
施工过程中进行围岩衬砌的支护时，喷砼的厚度控制在5-20cm范围内，喷砼的方法又分为两种，即干喷与湿喷。喷砼过程要分层进行，每层厚度控制在3-8cm，而在喷第一层砼之前，要先喷射一层水泥沙浆，水灰比要求不高，厚度在1cm即可。需要通过计算来确定砼衬砌的具体厚度，不过按照施工经验可知，如无特殊要求，衬砌厚度通常为洞径的1/8。
（三）灌浆
常用的隧洞灌浆的方法有三种，即固结灌浆、回填灌浆以及接缝灌浆。一般情况下，围岩的加固选择固结灌浆法，而衬砌与围岩之间的空隙则采用回填灌浆法进行充填；钢板与衬砌之间的空隙则选择接缝灌浆法来填充。至于隧洞是否需要灌浆，还要视其具体情况而定，通常围岩裂隙发育的，有必要进行固结灌浆，而岩溶地区，则不适合灌浆。
参考文献
[1] 张蕴华，张鹏. 豪气动山河——锦屏二级水电站1号引水隧洞建设掠影[J]. 四川水力发电. 2011(04): 143-146.
[2] 张鹏，曾新华，李现臣，等. 锦屏二级水电站引水隧洞工程强岩爆综合防治措施研究[J]. 水利水电技术. 2011(03): 61-65.
[3] 向东. EPC合同条件对引水式水电工程的适应性研究[J]. 四川水力发电. 2010(05): 77-80.
[4] 黃超，侯忠发. TSP203超前地质预报系统在立洲电站引水洞的应用[J]. 华电技术. 2011(04): 18-21.
[5] 高发奎，丁启夏，石小锋，等. 梯级引水式电站对生态环境的影响及其监管对策研究[J]. 甘肃科技. 2011(02): 31-33.
[6] 方勇刚，周红升，翁辉. 下周岱公路隧道跨水电引水隧洞的设计[J]. 公路. 2011(08): 317-320.
[7] 水电十四局中标黄金坪电站引水发电系统工程[J]. 云南水力发电. 2011(05): 50.
关键词：水电站；发电引水系统；优化设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、系统的优化布置
水电站发电引水系统主要包括三大部分，即进水口、引水道及发电站，其中引水道又分为两种，即有压引水道与无压引水道，其中无压引水道的主要形式为渠道或者无压隧洞，而有压引水道的主要形式多为有压隧洞与管道等等。在系统布置阶段要注意，如果存在布置上的缺陷，其在后续是无法弥补的，从而导致系统带病运行。因此，在系统布置时，不仅要严格遵守相关设计规范的要求，而且要与工程的实际情况相结合，将施工因素、环境评价、水保等充分考虑进来；并且还要将相关配套设置考虑在内。
二、进水口的优化设计
水电站发电引水系统的进水口，其主要作用是从水源中取水，并阻止杂质、有害物质等进入引水道，如有需要，还能够及时中断水流，所以要对进水口进行优化设计，具体要注意以下几点：
（一）合理选择进水口的位置
选择进水口的位置时，需要考虑以下几个方面：首先地形地质要具备适应性，地形方面尽量不要在高边坡进行开挖，以保证对外交通的便利性；地质方面则要尽量避免设置在破碎带或软弱夹层。其次，尽量选择无引渠的方案，如无可避免则要尽量缩短引渠的距离，以够由于引渠过长不利于电站的负荷突增。再次，选择进水口布置时，要充分考虑大坝、溢洪道等因素的相对关系。最后，要采取相应的防砂措施，底板高程要位于沉砂高程与排砂漏斗之间。
（二）合理选择进水口的型式
决定选择何种进水口的因素主要有两个，即进水口的地形地质条件及取水方式。如果采取坝上取水的方式，则采用坝式进水口，即进水口依附于坝体之上；如果地形条件、地质条件相对较好，具备良好的喇叭口或闸门竖井施工条件，则可以选择竖井式进水口；反之，如果地形条件、地质条件不是太好，则可以选择岸塔式进水品，其又分为两种，即整体靠岸与下部靠岸两种，在选择过程中，岩石节理发育、产状、施工方式等因素会对其产生直接影响。施工过程中，针对一些坡度较陡的边坡，可以选择边开挖边支护方法，或者先局部槽挖后扩展至整体的方法，从而实现垂直开挖的施工方案，然后再整体浇筑混凝土，使得进水口整体靠岸。在布置进水口时，要充分考虑进水口的型式，比如对于竖井式进水口来说，要将拦污栅和闸门分开设置，但布置不得过于分散，否则会增加后续管理方面的难度；而其它的几种进水口型式，则要求拦污栅与闸门集中布置，可以提高后续运行管理的便利性。
要注意确定出以下几个参数：底板高程、操作平台高程、操作平台具体尺寸、启闭室地面高程及具体尺寸、闸门大小、通气孔的面积等等。其中在确定底板高程时，不仅要求其满足防砂功能，而且要保证电站处于死水位运行状态时不得产生吸气漏斗；比如引水道在施工期导流，则在确定进水口的底板高程时要与导流工程进行全面的技术性、经济性的比较。而操作平台的高程，则根据最高水位与波浪爬高再加一定超高来确定，并参照金属结构的布置确定其尺寸；结合闸门启闭确定启闭室的地面高程，并参照启闭机型式加运行操作空间来确定具体尺寸。喇叭口通常采用1/4椭圆曲线，在喇叭口处要设置拦污栅，过栅的流速控制在每秒0.8~1.2m范围内，需要注意，该流速并非引用流量扣除栅条面积后的喇叭口面积，而是直接用引用流量除以喇叭口面积。由于水轮机前会设置蝶阀进行控制，因此电站进水口通常只设置检修闸门，保证进水口闸门可以在静水中启闭，检修闸门的面积至少要大于引水道的面积。
（三）进水口地基与岸坡处理
在选择进水口地基时，其底板不得选择土基、全风化或强风化岩基之上。针对裂隙已经发育的岩基可以采用固结灌浆的方法进行加固，设置3-4m的孔距与排距，孔深则控制在3-5m范围内，也可以结合具体情况进行选择。针对岩基中的断层破碎带，通常要进行开挖施工，开挖的深度至少为断层破碎带宽度的一倍以上，完成开挖后再回填混凝土塞，混凝土塞可以是素混凝土，也可以是钢筋混凝土。针对岩基中的缓倾角软弱带、泥化夹层等情况，要视其具体埋深及其对地基的影响程度选择不同的处理方案。如果埋深较浅，无法保证地基的稳定性，必须全部清除；反之如果埋深较深，并且可以保证地基的稳定性，则可以选择部分清除，甚至没有必要清除，不过要对其发展趋势进行全面论证。
针对岸坡的处理，要与实际的施工方式相结合，对岸坡的稳定性做出综合评价，再采取有效措施。开挖高边坡时，要间隔10m左右设置一条马道，宽度至少在2m。
三、引水道的优化设计
（一）引水道的布置
在布置引水道时需要遵循两个基本原则，其一，要尽量快速的进洞出洞，通常对进出洞口上所覆的岩石厚度没有进行具体规定，有些工程会利用浇筑明管段进洞的方法以提高进洞速度，也是可行的。所以影响进洞出洞的主要因素并非其洞口上所覆盖的岩石厚度，而是要采取科学的施工程度，合理的工程措施。需要注意一点，在计算洞口上覆的岩石厚度时，通常会从强风化岩体中下线开始计算，具体还要考虑强风化岩体的发育程度。其二，针对流速大于每秒16m的高速水流隧洞而言，在平面上尽量布置成一条直线，如地形、地质条件会有所限制，则要尽量减少转弯的数量；转弯半径和弯道首尾直线段长均应大于8~10倍洞径或洞宽，转角不应大于15b，如有必要还要进行水工模型实验。
（二）引水道的衬砌型式
通常引水道的衬砌型式分为三种，即平整衬砌、单层衬砌及组合式衬砌，当然要结合工程的地质条件、实际的施工方法来选择适用的衬砌方式。针对I、II类围岩可以采用平整衬砌的方案，可以降低隧洞表面的糙率，防止渗漏，并起到保护岩石的作用；不过施工过程中采用喷砼的施工方案，虽然喷砼自身也具有一定的糙率，但是不同的隧道采取的施工方式也不同，相应的也会对其表面平整度产生直接影响；而III类围岩比较适合采用喷锚支护或单层衬砌的的施工方法；IV类、V类围岩、软弱破碎的岩体等，则采用单层衬砌或组合衬砌的型式等等。
施工过程中进行围岩衬砌的支护时，喷砼的厚度控制在5-20cm范围内，喷砼的方法又分为两种，即干喷与湿喷。喷砼过程要分层进行，每层厚度控制在3-8cm，而在喷第一层砼之前，要先喷射一层水泥沙浆，水灰比要求不高，厚度在1cm即可。需要通过计算来确定砼衬砌的具体厚度，不过按照施工经验可知，如无特殊要求，衬砌厚度通常为洞径的1/8。
（三）灌浆
常用的隧洞灌浆的方法有三种，即固结灌浆、回填灌浆以及接缝灌浆。一般情况下，围岩的加固选择固结灌浆法，而衬砌与围岩之间的空隙则采用回填灌浆法进行充填；钢板与衬砌之间的空隙则选择接缝灌浆法来填充。至于隧洞是否需要灌浆，还要视其具体情况而定，通常围岩裂隙发育的，有必要进行固结灌浆，而岩溶地区，则不适合灌浆。
参考文献
[1] 张蕴华，张鹏. 豪气动山河——锦屏二级水电站1号引水隧洞建设掠影[J]. 四川水力发电. 2011(04): 143-146.
[2] 张鹏，曾新华，李现臣，等. 锦屏二级水电站引水隧洞工程强岩爆综合防治措施研究[J]. 水利水电技术. 2011(03): 61-65.
[3] 向东. EPC合同条件对引水式水电工程的适应性研究[J]. 四川水力发电. 2010(05): 77-80.
[4] 黃超，侯忠发. TSP203超前地质预报系统在立洲电站引水洞的应用[J]. 华电技术. 2011(04): 18-21.
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[6] 方勇刚，周红升，翁辉. 下周岱公路隧道跨水电引水隧洞的设计[J]. 公路. 2011(08): 317-320.
[7] 水电十四局中标黄金坪电站引水发电系统工程[J]. 云南水力发电. 2011(05): 50.