韩景泰1，李瓒2，郑宁1
1石门水库管理局，陕西 汉中723003；2西北勘测设计研究院，陕西 西安 710001
1 前言
石门水电站位于陕西汉中，是汉江一级支流褒河开发中的一个梯级。该工程是以灌溉为主、结合发电的综合利用工程。灌溉面积3.44万hm2，装机容量4.05万kw，分设三个电厂，即河床电站、东干渠渠首电站和西干渠渠首电站。前者位于坝后右岸岸边约250ｍ处，后两者邻近拱坝左、右坝肩。进水口平面位置与大坝相对关系见图1，有关要况见表1。
双曲拱坝坝高88ｍ，坝顶高程620ｍ，正常蓄水位618ｍ。拱坝采用6个7ｍ×8ｍ的中孔泄洪，其底槛高程位于水下22ｍ，另设一个2ｍ×2ｍ的放水底孔，底槛高程位于水下68ｍ。枢纽未设表孔。本工程水库呈河道型，库面宽200～300ｍ，长17km，总库容1.05亿ｍ3.河流多年平均含沙量0.934kg／ｍ3，年输沙量148万ｔ。25年运行实践证实，水库泥沙淤积严重。据1997年实测，总库容和有效库容分别损失了32.9%和13.7%。相对较粗的颗粒(d＝0.01～1mm)以三角洲形态淤积，前坡已达坝前5km处；细颗粒泥沙(d50＝0.029mm)以异重流形式行进至坝前，在近坝库段落淤，目前已淤高30ｍ(562ｍ高程)。三个进水口位于岸边，底板顶面高程已与该处淤积面高程齐平或在其下。
2河床电站、西干渠渠首电站进水口拦污问题
2.1 河床电站进水口拦污问题
河床电站进水口位于坝前45ｍ山坡上，进水塔高55ｍ，后接竖井、隧洞，厂房内装有zz013－lj－180型高水头转浆式水轮发电机组三台。进水口布置如图2。检修闸门孔口尺寸6.5ｍ×7.0ｍ。平面直立拦污栅情况如表1，过栅流速1.77ｍ／ｓ。在电站运行中，拦污栅水头损失多次超过其设计值，结构振动加剧。二十余年来，先后四次(1982年2月、1983年3月、1985年10月和1990年2月)进行过潜水检查并清理。潜水检查发现，主要是沉积树木堆积、挂靠、吸附在拦污栅上，最大沉木达数百公斤，致使过栅流速加大，流态恶化而影响运行。有关情况见表2。拦污栅不能挡住片状块石和菌棒。菌棒是当地农民培养蕈类所用比重较大的青nb353木棒，直径5～6cm，长约1m。它们对水轮机产生的撞击，运行人员能够监听到。1998年9月3日，运行中的河床电站3号机组突然发生强烈撞击声响，机组震动剧烈，出力下降，下导瓦温度上升。紧急停机检查发现，有较大的水泥块进入转轮室叶片间，导叶间夹卡有多根圆木菌棒，叶片出现裂纹，机组严重损坏，需要检修。
2.2 西干渠渠首电站进水口拦污问题
西干渠进水口位于右岸4号坝段前沿，孔口布置和有关情况见图1、2和表2。进口检修门为平板定轮门，宽×高为1.5ｍ×2.5ｍ，拦污栅平面尺寸亦相同。坝后接压力引水钢管，管径1.2ｍ，长130ｍ，其后厂房装设一台hl123－wj－84水轮发电机组。进口检修门与拦污栅共槽，设40ｔ台车静水操作。西干渠渠首前库面狭窄，长期遭受沉积树木、菌棒淤堵，影响引水。1981年8月和1990年7月洪水之后，拦污栅淤堵，过栅水头损失高达7.4ｍ(见表2)。菌棒进入水机室卡住转轮的事故每年发生多起，被迫停机并造成机械损伤。拦污栅虽经检修并局部加密，但无济于事，事故依旧发生。与河床电站进水口、东干渠进水口不同的是，西干渠进水口的突出问题是菌棒的进入。另一问题是由于检修门与拦污栅共槽，在一年中仅有的1～2次提栅并下放过程中，污物通过进水口，严重时曾有百余公斤的树根进入压力钢管。
3 东干渠渠首电站进水口的淤堵和拦污问题
3.1 问题的发生
进水口位于左岸坝前，进水孔口布置及其他有关情况见图2、表2。进水口后接隧洞(洞径3ｍ、长106ｍ)，发电厂房装有两台hl123－lj－120水轮发电机组，容量2×1250kw。东干渠进水口前水库水面是一死角，沉木、泥沙、落石等物淤积严重，引水能力大为降低，在较大洪水后情况更为重。“81.8”洪水后，由于进口淤堵，过栅水头损失达4.5ｍ。1982年6月，当库水位下降到底槛高程时，观察到拦污栅淤堵，栅前淤高超过底槛高程4ｍ，经人工清淤后方恢复正常运行。1990年7月6日洪水后，进水口淤堵又趋严重，过栅水头损失达7ｍ，与设计水头相比，损失值已达1/3。进水口响声、震动加剧，菌棒、树枝、石块等大量通过进水口进入水机室，撞击转轮或卡住导叶，连续发生事故。7、8两个月被迫停机达5次，机组损坏严重，电站被迫停机等待处理。
3.2 降低库水位彻底检查和处理
3.2.1 进水口淤积情况及清理
1990年9月15日迫降水位后发现进水口淤堵严重(见图3)。进水口出现如此严重的淤堵实属国内罕见，过栅水头损失高达7ｍ，必须彻底清理。1990年9月17日，库水位降至进口底槛以下2ｍ，即586.5ｍ高程，进口前淤积面高程约594.5ｍ，滩面呈缓坡倾向水库中心，至586.5ｍ水面线距离约20ｍ，进水口拦污栅前形成垂直涡流坑，直径约3ｍ，坑深4～5ｍ，坑底高程590ｍ。该淤堆体主要由泥沙、柴草、木棒、砖头、石块组成，淤泥和柴草一般呈层状分布。清淤范围为进水口处588.5ｍ(即进水口底板高程)到586.5ｍ水边线，清淤量为1.170ｍ3，含树枝、木棒约8ｔ，清理量约占回水湾淤积总量的一半。与之同时，也清理了隧洞内的淤积物。
3.2.2 拦污栅检查及处理
淤堵情况：(1)6ｍ高的拦污栅底部1.5ｍ范围内已完全被泥沙、草木淤死，不能过水。(2)中、上部4.5ｍ高范围内栅面附有大量树根、菌棒、石块等。(3)一块0.3ｍ×0.15ｍ片状石块嵌夹于栅条内。(4)拦污栅左侧进口石块堆积约0.5ｍ3。(5)拦污栅顶部与胸墙距离14～19cm，为栅条净距的2.3～3.2倍，一定尺度的杂物可以进入。(6)拦污栅两侧有22cm的空间(约为栅条净距的3.7倍)无栅条覆盖，一定尺度的杂物也可进入隧洞。(7)栅体有4处栅片结构发生弯曲或扭曲变形。
清理工作除清除栅面及夹嵌杂物外，还采取了以下措施：(1)拦污栅栅体两侧各加焊两条新栅片。(2)栅体顶梁上加焊一块长3420mm、宽65mm的钢板，以防止树杆由栅顶进入。(3)拦污栅与混凝土墙角间有240mm的斜向间隙，在锁锭上加装钢板一块，其结构处理见图4。
3.3发生问题的原因和处理效果
发生严重淤堵有以下原因：(1)进水口前正好是一回流死角，不同洪水所挟带的泥沙、树枝、柴草、菌棒的来量和沉积条件也不同，在进水口前方淤泥和柴草形成层状堆淤。(2)东岸坡较陡，土石杂物等正好滚落在进水口前方。这种滚落现象在施工中就已不断发生，但当时进水口距库底尚有一定高度，问题不突出.(3)拦污栅体顶面及侧面有漏缺，不能全面覆盖进水口。(4)拦污栅无法阻拦棒状物、片状物进入隧洞。就处理效果而言，进水口前的清淤处理虽然对尔后数年的运行起到积极作用，但不能排除上述(1)、(2)两个原因所造成的问题，即不能治本。事实上1990年清理后，1994、1995、1997三年适值褒河枯水年，6～9月，库水位都降至进水口底面高程588.5ｍ以下，每年均又不失时机进行了清理。今后每隔数年，特别是遇大水年，被迫降低库水位清理进水口前堆淤将不可避免。1990年是大水年，7、8月间先后五次被迫停机的重要原因是栅体没有完全覆盖进水面积，侧、顶部有缺漏。经处理后，解决了问题。自90年代以来已基本消除了电站被迫停机现象。
4 坝前库面漂浮物问题
石门水库近坝库面经常有大量漂浮物存在，特别是左、右岸两个水流死角。漂浮物主要有树枝、树根、菌棒、木屑，还有整个的树干和少量现代的废弃塑料等。一般年份聚积在坝前的漂浮物有1000～2000 t，由于长年得不到排泄，少量沉入底层而又多集中于坝前两端，加重了东、西进水口前的沉积。石门大坝未设泄洪表孔，只设中孔、底孔，中孔泄洪只在较低库水位(610ｍ以下)情况下能够排泄漂浮物，因此漂浮物基本得不到排除，终年积存库面。虽然 这对工程带来麻烦，但对减轻下游汉江干流水电站的漂浮物堵塞问题有好处。对于这些近坝漂浮物，应定期打捞，至少每年一次。1998年10月组织人工打捞，在坝前清除了约300ｔ的漂浮物。
5 结论和思考
(1)石门水电站的三个进水口均发生了比较严重的淤堵，甚至造成东、西干渠渠首电站无法运行而被迫停机。1981年8月和1990年7月两次特大洪水，都是超设计、超百年一遇的大洪水,每次大洪水后就会发生严重淤堵。
(2)因拱坝枢纽在两岸易形成回流死角，该处设置的进水口前会形成局部淤积，造成严重淤堵。快速、大量的淤积加重了拦污栅的工作负担。
(3)水下深度26～51ｍ的深式进水口同样可以产生严重的淤塞。沉木、草及木片等物淤堵深水拦污栅，这与黄河盐锅峡水电站60年代被草、沙混合物堵死，最终压垮拦污栅的情况有相似之处。
(4)拦污栅无法解决拦阻菌棒、片状石块的问题。拦污栅栅条应覆盖进水口全部面积，对拦污栅顶部、侧面和墙角处应予以重视。检修门与拦污栅共槽使用在今后设计中应加以改进。
(5)排除(包括人工打捞)近坝漂浮物问题应该重视，特别对未设表孔的枢纽。从环保要求出发，也应对库区坝前的漂浮物予以妥善解决
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