5龍馬水電站溢洪道工程體型優(yōu)化過程概述1018

1、龍馬水電站溢洪道工程體型優(yōu)化過程概述張慶節(jié)楊再宏劉善均（云南大唐國(guó)際李仙江流域水電開發(fā)有限公司，云南昆明）（中國(guó)水電顧問集團(tuán)水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南昆明）（四川大學(xué)高速水流實(shí)驗(yàn)室，云南成都）摘要：介紹龍馬水電站溢洪道工程工程量及工期優(yōu)化方案的研討、制定和實(shí)施全過程以及優(yōu)化后的成果。關(guān)鍵詞：龍馬水電站；溢洪道優(yōu)化；效果中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)示號(hào)：文章編號(hào)：1工程概況龍馬水電站位于云南省思茅地區(qū)李仙江中段的把邊江河段上，是李仙7工流域梯級(jí)開發(fā)中的第四級(jí)，壩址距昆明公路里程425km，距墨7工縣城公路里程為173km。本工程水庫(kù)總庫(kù)容5.904X08m3,裝機(jī)三臺(tái)，總?cè)萘?40MW。樞紐主要建筑物有：面

2、板堆石壩、右岸開敞式溢洪道、左岸引水系統(tǒng)、地面廠房、排沙隧洞等。面板堆石壩最大壩高135m，壩頂長(zhǎng)315m。樞紐泄水建筑物由開敞式溢洪道、排沙隧洞組成。校核洪水總下泄流量（P=0.02%）為6946m3/s，設(shè)計(jì)洪水下泄流量（P=0.2%）為5907m3/s。溢洪道設(shè)3個(gè)溢流表孔，每孔凈寬12m,溢流前沿總寬44m。排沙隧洞由有壓洞段、無壓洞段、出口明渠段、事故閘門井、工作閘室組成，總長(zhǎng)848.8m；有壓段洞徑4m,事故閘門孔口尺寸3亦4m,弧形工作閘門孔口尺寸3m<3m。2溢洪道優(yōu)化的目的、任務(wù)2.1溢洪道優(yōu)化目的龍馬水電站溢洪道泄洪水頭為100m左右，最大泄量約6800m3/s；結(jié)合

3、現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件，為減輕溢洪道挑流消能對(duì)下游河道的沖刷、并方便運(yùn)行管理，溢洪道泄槽用兩道中隔墻分為3個(gè)泄槽。出口采用挑流消能，挑坎相互獨(dú)立、原方案在可行性研究階段已通過審查。根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)施工面貌及進(jìn)度安排，按溢洪道分3個(gè)獨(dú)立泄槽的設(shè)計(jì)方案，要在2007年汛期來臨前建成溢洪道，并具備泄水條件，難度非常大，因此，提出如下優(yōu)化建議：去掉泄槽中1#、2#泄槽之間中隔墻，相應(yīng)調(diào)整挑流鼻坎體形；縮短引渠左導(dǎo)墻長(zhǎng)度；引龍馬水電站技施階段水工整體模型試驗(yàn)研究報(bào)告渠前端未開挖部分不再進(jìn)行開挖。這樣可以減小工程量、簡(jiǎn)化施工方法、縮短施工時(shí)間。如溢洪道在2007年汛期具備泄水條件，導(dǎo)流洞就可在汛前下閘、水庫(kù)蓄水，

4、提前一個(gè)汛期發(fā)電，經(jīng)濟(jì)效益巨大。因此，有必要通過水工模型試驗(yàn)論證上述優(yōu)化方案的技術(shù)可行性，為工程建設(shè)進(jìn)行科學(xué)決策提供可靠依據(jù)。(1) 對(duì)溢洪道工程需要委托四川大學(xué)進(jìn)行水力學(xué)模型試驗(yàn)，提出優(yōu)化后水力學(xué)模型。然后與設(shè)計(jì)單位共同研究后提出溢洪道體型修改意見，然后反饋給四川大學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充優(yōu)化試驗(yàn)，最終提出推薦溢洪道體型優(yōu)化方案2.2工程優(yōu)化任務(wù)2.2.1水力模型試驗(yàn)對(duì)溢洪道引渠、閘室、槽身及出口挑流鼻坎挑流水舌流態(tài)進(jìn)行仔細(xì)的觀測(cè)，特別要指出一些特殊的水力學(xué)現(xiàn)象，例如進(jìn)口是否有旋渦、槽身是否有沖擊波、挑流鼻坎起挑和終挑流量、渥奇曲線段的水流形態(tài)、下游水流對(duì)岸坡的沖刷影響、回流對(duì)尾水出流的影響等；量測(cè)流道水

5、面線，觀測(cè)泄槽內(nèi)水流流態(tài)和水面形態(tài)，觀測(cè)泄槽沿程水深分布，為邊墻高度設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)依據(jù)；測(cè)定挑射水流的水力學(xué)參數(shù)，如挑射水流的內(nèi)外緣軌跡、挑距、落點(diǎn)位置等；為出口挑坎體型優(yōu)化提供相關(guān)參數(shù)；下游河道采用動(dòng)床，應(yīng)測(cè)定沖刷坑的范圍、形狀、深度，以繪制等高線的方法表示出沖坑和堆丘的形狀，并以樞紐座標(biāo)系統(tǒng)作為參照系；測(cè)量下游河床岸邊流速；2.2.2確定溢洪道優(yōu)化后的體型根據(jù)水力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容對(duì)模型所提的初步布置方案，與設(shè)計(jì)院共同研究后提出溢洪道體型優(yōu)化初步修改意見，然后進(jìn)行補(bǔ)充優(yōu)化試驗(yàn)，最終提出推薦的體型優(yōu)化方案。設(shè)計(jì)院根據(jù)最終的體型優(yōu)化方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。二鹽垣r1F.r*H-rr#-V1岳I£

6、11kiX*-i§.3上蘭CMs5raf<UbAa中函2,1M屈ZKC>離畛書Haw®3.溢洪道模型試驗(yàn)工況及內(nèi)容模型的高程范圍從480m至645m,模型總高度約4m,上游至導(dǎo)流洞進(jìn)口前約200m,下游至壩軸線以下1200m左右，模型全長(zhǎng)約40m。3.1試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況見下表：表4-1模型試驗(yàn)工況表試驗(yàn)組次水庫(kù)水位(m)洪水頻率(%)總下泄流量(m3/s)發(fā)電3(m/s)泄洪建筑物(m3/s)溢洪道設(shè)計(jì)泄量(m3/s)溢洪道試驗(yàn)泄量(m3/s)左泄槽(m3/s)右泄槽(m3/s)排沙洞(m3/s)備注163913901801210960960局開全關(guān)全開(250

7、)常年洪水2639202110180193016801938全開全關(guān)全開(250)常年洪水363914910180473044804480(854)局開(3876)全開全開(250)消能標(biāo)準(zhǔn)4639.410.25907180572754776050全開全開全開(250)設(shè)計(jì)洪水5641.990.0269460694666967630全開全開全開(250)校核洪水3.2試驗(yàn)內(nèi)容(1) 觀測(cè)進(jìn)口、泄槽、出口水流流態(tài)，測(cè)量各工況溢洪道沿程各斷面水深、流速分布、水位波動(dòng)；(2) 測(cè)量特征工況下，摻氣槽空腔長(zhǎng)度，評(píng)價(jià)摻氣效果，優(yōu)化摻氣設(shè)施的體形；(3) 測(cè)量在各水位運(yùn)行工況下，出口挑流鼻坎水深、流速和壓

8、力分布，鼻坎末端水舌的挑射距離、入水寬度等，優(yōu)化出口挑坎體形；(4) 測(cè)量在各運(yùn)行工況下，下泄水流對(duì)河槽的影響，兩岸邊坡波浪波高，河床流速分布及堆丘形成情況，泄洪霧化對(duì)邊坡的影響，對(duì)岸坡保護(hù)范圍和型式提出建議；(5) 提出溢洪道出口挑坎體型的優(yōu)化建議；(6) 對(duì)溢洪道運(yùn)行工況提出優(yōu)化建議。4溢洪道模型試驗(yàn)成果及分析4.1進(jìn)口流態(tài)及體型優(yōu)化根據(jù)龍馬水電站施工進(jìn)度，由設(shè)計(jì)單位提供的溢洪道進(jìn)口體型及現(xiàn)狀圖見圖5-1。由圖可見，進(jìn)口左導(dǎo)墻位置及體型與可行性設(shè)計(jì)階段有較大調(diào)整。左導(dǎo)墻在圓弧直墻修建6.0m高度后改為橢圓直墻，并將導(dǎo)墻長(zhǎng)度由原來的157.412m調(diào)整為93.2m。溢洪道進(jìn)口前引渠轉(zhuǎn)彎半徑和

9、轉(zhuǎn)角不變，轉(zhuǎn)彎半徑和轉(zhuǎn)角分別為R=240m和8=137°26'41引渠寬度為B=44m,同時(shí)，引渠進(jìn)口局部地形沒有開挖。4.2泄糟流態(tài)及體型優(yōu)化對(duì)溢洪道泄槽水力特性的測(cè)試，主要用丁評(píng)價(jià)泄槽邊墻尺寸和體型是否滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)丁兩個(gè)泄槽的布置型式，泄槽內(nèi)水流流態(tài)主要受進(jìn)口水流條件、中隔墩尾部體型及摻氣減蝕設(shè)施體型的影響。尤其是右側(cè)泄槽受進(jìn)口水流條件、中隔墩尾部體型及摻氣減蝕設(shè)施體型的影響非常明顯。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，溢洪道引渠段設(shè)計(jì)合理，泄槽進(jìn)口水流基本平順，沒有出現(xiàn)明顯的不利水流流態(tài)。本節(jié)主要針對(duì)右泄槽中隔墩尾部體型、摻氣減蝕設(shè)施進(jìn)行試驗(yàn)及體型優(yōu)化研究。4.3右泄糟出口挑坎流態(tài)及

10、體型優(yōu)化溢洪道采用雙泄槽方案，將水流分隔成2條流道，其中，左泄槽寬度為13m,右泄槽寬度為29m。主要思路是在底坡及邊墻高程與地形相適應(yīng)的前提下，通過水流分成兩股，盡可能將各自的出口位置前移，右側(cè)采用較大的挑角，使挑距最遠(yuǎn)，而左槽則采用較小的挑角。主要研究以下幾個(gè)方面對(duì)體型優(yōu)化的影響：挑流鼻坎挑流水舌、溢洪道泄洪霧化的初步分析、挑流鼻坎時(shí)均壓力、推薦挑流鼻坎脈動(dòng)壓力、下游沖刷試驗(yàn)成果、溢洪道泄洪對(duì)電站尾水的影響、挑流鼻坎水面線等。L峭_NEocTEuzh(=DJEi64J.OOO-&43.0M奇WB1+3L一Kwr-=旬一1In+240.000四1|mii圖4-1溢洪道平面布置圖:小7*IILwy=g-i2K+o.QQj<?2?LKLvtA-l-v圖4-2溢洪道中軸線縱剖面布置圖5結(jié)論由丁組織開展了龍馬水電站溢洪道1:5