整體水工及泥沙模型試驗(yàn)報(bào)告

整體水工及泥沙模型試驗(yàn)報(bào)告xx水電站工程位于甘肅省文縣xx鄉(xiāng)內(nèi)的長(zhǎng)江水系三級(jí)支流白水江上（屬白龍江最大的支流是文縣境內(nèi)白依壩～金口壩河段規(guī)劃中第三梯級(jí)電站。壩址上距文縣游消能防沖進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，以減少泥沙對(duì)機(jī)組過流部件和泄洪建筑物過流部件的磨劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》（DL5180－2003）及《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252－2000）的規(guī)定，對(duì)工程等級(jí)、建筑物級(jí)別和防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了復(fù)核，并規(guī)定采用平原區(qū)、濱海區(qū)的洪水標(biāo)準(zhǔn)，主要建筑物采用設(shè)計(jì)洪水20年一遇重現(xiàn)期，洪峰（2）根據(jù)優(yōu)化后的洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核了泄洪閘的泄洪能力、設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水的要求，壩頂寬為14m，上游面垂直。壩底高程799.00m，壩底寬26.6m，最大壩高引水發(fā)電系統(tǒng)布置在右岸，由進(jìn)水口、引水隧洞、引水渠道、前池、壓力鋼管以7.0m，凈高分別為8.52m和9.02m；引水渠道橫斷面擬定為梯形，底寬4.5m，兩側(cè)邊用8～15cm厚的混凝土襯砌，襯砌面以下設(shè)土工膜防滲，其底部鋪設(shè)5cm厚的砂漿墊前池布置在2#引水隧洞末端基巖上，包括擴(kuò)散段、閘室和輸水管等。前池長(zhǎng)一道攔污柵，孔口尺寸為6.6m×11m（寬×高）。側(cè)墻埋設(shè)φ0.5m的輸水管，管中5.復(fù)核泄水建筑物的過流能力，率定流量系數(shù)，6.通過清水加沙試驗(yàn)，研究白水江泥沙運(yùn)移規(guī)律，水7.復(fù)核電站進(jìn)水口過水能力，各種工況下，進(jìn)水口、引水流態(tài)、壩區(qū)主流線的變化、流速變化、各泄水建2.觀測(cè)泄洪建筑物進(jìn)口流態(tài)，對(duì)各進(jìn)口形式做出評(píng)價(jià)，并提出改4.測(cè)定建筑物下游沖淤地形，對(duì)防沖效果和下游防護(hù)方式做出評(píng)價(jià)，5.通過試驗(yàn)觀測(cè)，測(cè)定泄洪建筑物的水面線，提出6.通過試驗(yàn)觀測(cè)不同水位下泄洪閘弧形閘門門頂溢流7.觀測(cè)不同庫(kù)水位（死水位、正常蓄水位和校核洪水位）2.提出合理的水庫(kù)運(yùn)行方式，明確不同來水情況下閘門的開啟順開啟（拉沙清庫(kù)）的條件，說明相應(yīng)工況下（1）對(duì)擋沙坎和泄洪閘的攔、排、沖等防沙建筑物，進(jìn)行不同運(yùn)行水位和入庫(kù)（1）在正常運(yùn)行的沖淤平衡床面上，按初擬的水庫(kù)泥沙調(diào)度運(yùn)行方式進(jìn)行沖刷試驗(yàn)，即汛期定期進(jìn)行停機(jī)敞泄和不停機(jī)泄水排（2）研究電站進(jìn)行停機(jī)敞泄和不停機(jī)泄水排沙的時(shí)機(jī)，每次沖刷的時(shí)間，每年（4）試驗(yàn)中要測(cè)驗(yàn)水流及含沙量沿程及垂線分布、水庫(kù)淤積級(jí)配沿程變化、出2.觀測(cè)下游消能區(qū)水面與河床水面的銜接情況，提出消能方表1壩址各頻率洪水的洪峰流量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P（%）0.20.330.513.335洪峰流量（m3/s）2750253023402040800表2設(shè)計(jì)泄流能力表洪水標(biāo)準(zhǔn)上游水位設(shè)計(jì)下泄流量（m3/s）下游水位泄水建筑物泄流量（m3/s）泄洪閘電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)洪水（P=3.33%）812.00807.951198.2（局開）校核洪水（P=0.5%）812.402040808.962040（全開）停機(jī)拉沙常遇洪水（P=10%）811.00918.2（局開）常遇洪水（P=20%）811.00800638.2（局開）表3懸移質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配成果表粒徑（mm）0.0070.010.0250.050.100.250.5小于某粒徑沙重百分?jǐn)?shù)(%)356.462.386.295.199.1表4河床沙顆粒級(jí)配成果表粒徑（mm）52040小于某粒徑沙重百分?jǐn)?shù)(%)9.727.553.073.0河床覆蓋層厚度變化大，一般為43～63m漫灘階地上，厚度30～47m。位于Ⅱ級(jí)根據(jù)模型試驗(yàn)的目的和要求，本模型以重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)，模型幾何比尺為λLλt1=λL/λV=7xx水電站工程位于甘肅省文縣xx鄉(xiāng)內(nèi)的長(zhǎng)江水系三級(jí)支流白水江上,工程開發(fā)％，根據(jù)模型試驗(yàn)的目的和要求，本模型以定床+動(dòng)床正態(tài)模型設(shè)計(jì)，模型幾何比尺推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)相似原型推移質(zhì)和模型推移質(zhì)泥沙粒徑均符合散粒體泥沙起動(dòng)的條件，因此可由沙莫夫散粒體泥沙起動(dòng)公式直接求得推移質(zhì)泥沙和床沙粒徑比o=λv=(λh/λd)1/6λγs-γ1/2λd1/2及λv=λh1推移質(zhì)泥沙河床變形相似原型推移質(zhì)自然由此看來，由上述公式求得的推移質(zhì)泥沙河床變形相似時(shí)間比尺與水工模型設(shè)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅灸Ｐ桶藟屋S線以上700m及壩軸線以下700m的河作。模型的放線精度和制作安裝精度均滿足水利部《河工動(dòng)床模型試驗(yàn)規(guī)程》SL99性系數(shù)，一般取5～7）計(jì)算得原型沙粒徑為dp=80～160mm，相應(yīng)的模型沙粒徑為海漫上回流區(qū)寬度約占河床寬度的60％。率定結(jié)果表明，校核洪水位三孔泄洪閘的實(shí)際泄流能力2017.85m3/s較設(shè)計(jì)的泄在校核工況下，三孔泄洪閘和泄洪沖沙閘均全開敞泄，下泄流量2017.85m3/s，庫(kù)水位在812.4m附近上下浮動(dòng)。庫(kù)區(qū)水流流態(tài)及流速分布情況見圖圖及照片可見，庫(kù)區(qū)主流區(qū)流速大（最大流速在7.5500m以上的較窄河道流入壩前較寬的庫(kù)區(qū)，主流基本上緊貼著左岸運(yùn)行；在壩前，表5三孔泄洪閘過流能力三孔全開三孔局開（e＝1/2）閘門開度～流量關(guān)系（庫(kù)水位812m）庫(kù)水位(m)流量(m3/s)流量系數(shù)庫(kù)水位(m)流量(m3/s)802.000.000802.000.00閘門開度(m)流量(m3/s)803.3876.480.340144803.3876.4800.00805.45368.470.412326805.45368.472.5667.45806.73815.380.569269806.73815.385.01173.53807.01867.450.554691807.01867.456.51487.27807.40959.040.548034807.40959.04807.661002.020.533594807.661002.02809.201339.730.497257808.781015.59810.541616.180.464371810.221066.38811.511809.420.442416810.921095.61812.412017.850.430798812.731215.40水流過流均勻?qū)ΨQ，最大流速17.4m/s左右，水流出海漫時(shí)的最大流速在6.91m/s左泄洪閘閘室水深分布及底板壓力分布見圖9及10。由圖可見，水躍發(fā)生在護(hù)坦末端附近，起躍斷面位于壩下0+066m～0+078m之間，躍后斷面位于壩下0+080m~0+090m之間，屬于遠(yuǎn)驅(qū)式水躍。底經(jīng)三孔泄洪閘控制運(yùn)行表明，三孔泄洪閘均勻局開（閘門開度5.05m樞紐下游流態(tài)、流速分布和水深均勻?qū)ΨQ，閘門前閘孔內(nèi)漩渦尺度和強(qiáng)度稍大，沖坑位于左岸，于回流區(qū)，因此下游沖刷坑較深，沖坑最深點(diǎn)高程793.0m。三孔接近均勻局開（左在三孔局開運(yùn)用方式下，護(hù)坦及海漫上過流基本均勻?qū)ΨQ，護(hù)坦上最大流速13.0m/s護(hù)坦和海漫上左右岸水深分布均勻。泄洪閘底板泄洪閘以不同開度（左孔2.43m，中孔2.48m和右?guī)靺^(qū)水流流態(tài)及流速分布見圖26。由圖可見，庫(kù)區(qū)最大流速4.0m/s左右，最大于海漫末端的右岸，因此沖刷坑位于海漫下游的右岸下游沖刷坑最深點(diǎn)高程泄洪閘閘室水深分布及底板壓力分布見圖30及31。由圖可見，水躍起躍斷面位于壩下0+030m左右，躍后斷面位于壩下0+054m前后，水躍發(fā)生在海漫上左中右水深分布均勻。泄洪閘底板所通過對(duì)xx水電站工程水工整體設(shè)計(jì)方案模型放水試驗(yàn)，得出以下初步結(jié)論和建1.校核洪水位三孔泄洪閘的實(shí)際泄流能力2017.85m3/s較設(shè)計(jì)的泄量能力％，庫(kù)區(qū)左右岸形成大范圍的回流區(qū)，水面波浪大多，甚至在沉沙沖沙槽中泥沙淤積面接近到807m（電站前引水平臺(tái)頂高程）時(shí)，也2.在停機(jī)敞泄排沙運(yùn)行（選用105m3/s、200m3/s及兩年一遇、五年一遇等工況空沖刷運(yùn)行時(shí)（各試驗(yàn)工況水流流態(tài)基本類似在壩上游200m以上，河道主流基狀態(tài)，即使強(qiáng)制關(guān)閉三孔泄洪閘的一孔、兩孔或三孔，迫使水流從泄水流對(duì)沉沙沖沙槽中落淤的泥沙也不能形成有效的沖刷。若選擇較小流量（10和200m3/s等工況流量）進(jìn)行泄空沖刷運(yùn)行，泄洪沖沙閘敞泄（三孔泄洪閘關(guān)閉電站引水閘前的平臺(tái)（右側(cè)）向前延伸21.8m（上游迎水面與右側(cè)河岸平順銜接根據(jù)xx水電站工程模型試驗(yàn)的目的和要求，該運(yùn)行方案分別在水庫(kù)達(dá)到?jīng)_淤平于分析比較，本試驗(yàn)均以兩年一遇洪峰流量471m3/研究地形，以進(jìn)一步研究泄空沖刷試驗(yàn)的排沙效果。該運(yùn)行方案分別模擬了Q=淤積面露出水面時(shí)開始計(jì)時(shí)，Q＝105m3/s流量模型沖刷2小時(shí)，合計(jì)原型泄空沖刷停水后實(shí)測(cè)計(jì)算結(jié)果表明，Q＝105m3/s泄空沖刷可恢復(fù)庫(kù)容5.9萬m3，Q=臺(tái)高程1m左右時(shí)，就開始有泥沙躍上電站前引水平臺(tái)，此時(shí)電站引水平臺(tái)就起不到電站引水平臺(tái)的攔沙作用得到充分發(fā)揮和重復(fù)利用，并恢復(fù)一定的主槽庫(kù)容攔截泥水平臺(tái)前的泥沙淤積面高程也可以作為控制泄空沖比較量化的指標(biāo)，因此該指標(biāo)有益于節(jié)省水量和有效的防止推移質(zhì)泥沙進(jìn)入電站平臺(tái)，但需要有一定的儀器或測(cè)驗(yàn)方法來配合測(cè)量電站引2.從泄空沖刷可恢復(fù)的總庫(kù)容來看，泄空沖刷的流量越大，可恢考慮，泄空沖刷流量宜選用200m3/s和47流量電站引水排沙運(yùn)行時(shí)進(jìn)入到沉沙沖沙槽中的泥沙能否通過泄洪排沙閘排向下游200m3/s、471m3/s、800m3/s及1080m3/s四種工本沒有停留的泥沙，見照片21但是這樣的運(yùn)行方式均使電站引水流量達(dá)不到設(shè)計(jì)態(tài)也有一定的改善。在此運(yùn)行方式下，試驗(yàn)觀測(cè)左中孔關(guān)閉，右孔閘門開度3.08m，泄洪排沙閘閘門開度2.0m，庫(kù)區(qū)水流流態(tài)見圖時(shí)，相當(dāng)于原型24個(gè)小時(shí)，排向下游的泥沙量約0.57萬m3，沒型運(yùn)行3個(gè)小時(shí)，相當(dāng)于原型24個(gè)小時(shí)，庫(kù)區(qū)基本達(dá)到?jīng)_淤平衡。經(jīng)停水觀入電站。該工況流量模型運(yùn)行3個(gè)小時(shí)，相當(dāng)于原型24個(gè)小時(shí)，庫(kù)區(qū)基本達(dá)到?jīng)_淤進(jìn)入電站進(jìn)水口的泥沙不到1800m3，僅占泄洪閘和泄洪排沙閘排向下游河道泥沙量果，建議在河道來流量小于兩年一遇洪峰流量471m3/s情況下，電站引水161.8m3/s（電站滿負(fù)荷運(yùn)行在河道發(fā)生大于兩年一遇洪峰流量471m3/s的洪水期，控制電當(dāng)?shù)臅r(shí)候（例如電站停機(jī)檢修或該地區(qū)用電不緊張的情況下對(duì)水庫(kù)進(jìn)行泄空沖沙運(yùn)用，騰出部分有效庫(kù)容，使庫(kù)區(qū)重新恢復(fù)沉沙池作用，所形成的沖淤平衡床面作為起始研究地形，起始條件均是在電站引水排沙運(yùn)行水位流排向下游，僅有少部分泥沙落淤在沉沙沖沙槽中道來流量小于471m3/s洪水流量時(shí)，電站以滿負(fù)荷運(yùn)行（電站引水161.8m3/s在河道發(fā)生大于471m3/s洪水流量時(shí)，控制電站引水量，確保一泄洪