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1、台江电站戽面流消能的水力设计吴婉玲1,2,毛根海1,章军军1(1.浙江大学,浙江杭州310027;2.浙江水利水电专科学校)摘要:提出了适用于低佛氏数大流量水流的戽面流消能方式,为类似工程的消能提供了新的设计思路。并通过模型试验验证,设计计算成果与试验结果相符合,认为本工程中采用戽面流消能方式具有明显的经济性、实用性、合理性。关键词:电站;戽面流消能;消能方式中图分类号:TV653+.2文献标识码:A用堰,堰顶高程为125.00m。溢流孔采用弧形闸门挡水,弧门尺寸为15.0m×9.0m(宽×高),用固定式卷扬机操作。检修门为平板门
2、,尺寸15.0m×10.5m(宽×高),由坝顶门机启闭。检修门存放槽设在右岸重力式挡水坝段。溢流坝顶上游设工作桥,桥面宽6.5m,桥面高程为142.00m。工程概况台江水电站位于福建省三明县境内的沙溪干流上,系沙溪流域规划中的第三个梯级电站。电站安装2台15MW的灯泡贯流式水轮发电机组。台江水电站主要水工建筑物包括溢流坝、河床式厂房、船闸、右岸重力式挡水坝段及左、右岸坝接头。溢流坝布置在河床中间,河床式厂房布置在左岸台地位置,船闸布置在河床右侧主河道上,左岸坝接头均采用均质土坝,右岸坝接头采用混凝土挡墙,坝顶全长402.50m,坝
3、顶高程142.00m。河床式厂房布置在溢流坝的左侧,主机段长37m,装配场段长34m,厂房总长度71m。进水口设拦污栅槽和事故检修闸门槽,由坝顶门机启闭;尾水管出口设尾水闸门,由尾水启闭机启闭。右岸混凝土重力坝段长31m,坝顶宽11.0m,上游坝面垂直,下游坝坡为1∶0.7。左岸坝接头采用均质土坝,原人工填土层及砂卵石层挖除,用防渗粘土回填解决坝基防渗。溢流坝段设8个开敞式溢流孔,每孔净宽15m,中墩厚2.5m,边墩厚2.0m,溢流坝段全长141.50m。溢流堰采用实1工程的水力特点本工程具有3个明显的特点:(1)考虑抬高堰顶将加
4、大河道上游的淹没损失,且不利于台江右岸国道线的交通,所以设计时在能满足最大泄洪能力及保证消能的情况下尽可能降低堰顶高度,这样也有利于减少工程总投资。下游侧河床开阔,河床有逆坡趋势,水位被迫抬高,因此通常情况下溢流堰堰顶(初设堰顶高程为125.00m)低于下游水位(表1)。泄小流量时的下游水位高于堰顶1.68～3.23m。泄大流量时堰上水舌很厚,堰顶水位可达138.62m。溢流堰属于低坝(潜堰)的范畴。(2)通过溢流堰的各级下泄流量(表1),在戽坎上的佛氏数均小于2.5,属于低佛氏数水流。闸门全开,水流为堰流时上下游水头差均小于3m
5、;宣泄小流量,为闸孔出流时,水头差小于2表1坝址处的流量～水位关系Pƒ%0.20.51.02.03.35.010.020.050.0流量ƒ(m3·s-1)单宽流量ƒ(m3·s-1·m-1)水位ƒm1020085.00138.62913076.08137.60832069.33136.41751762.64135.37697058.08134.64641053.42133.88555046.25132.68466038.83131.34337028.08129.318m;要求能顺利通过500年一遇(1.02万m3ƒs)的校核洪水,泄
6、流量大,又属于低水头大流量水流。因此,过堰水流具有低佛氏数水流的特点,易产生摆动水跃或波状水跃,可能出现大尺度紊动能,水跃消能率低等,给下游的消能防冲布设带来困难。考虑到低水头大流量水流的特点,泄大流量时需控制水流流态,减少水流紊动。(3)地质条件差,地基软弱。河床表面为全风化岩,存在炭质泥岩软弱夹层,受水流冲刷和波浪淘刷的威胁大,应该尽量避免河床底部受到冲刷,因此,消能方式和消能工的选择对于宣泄低佛氏数、低水头、大流量水流的情况下,如何选择经济合理,能安全度汛的消能方式和消能工。时的面流流速最大。因为下游水面高于堰顶10m多,溢
7、流堰为潜堰,堰体对流速的影响不大,所以可取流速系数Υ=1,计算得v=3.44mƒs。由于8孔全开泄洪时流速很小,均小于3.44mƒs,与天然状态下河道泄洪时相差无几,对下游河岸的冲刷属于自然冲刷,而且下游水垫很厚,虽然下游河床的地质条件很差,面流对河底也没有任何影响。可以确定,溢流堰通过20年一遇以上的洪水时,溢流堰下游可以不设置专门消能防冲设施,过堰水流可以直接与下游衔接。通过2年一遇以下洪水时,即保持上游为正常蓄水位时,分别考虑宣泄0.25、0.20、0.10万m3ƒs洪水,且电站2台机都不发电、单台机发电或2台机发电,都有可
8、能产生底流现象。从表2中可以看出,此时产生的底流不太稳定,可能会随着下游水位的波动,在底流和面流之间往复波动。大流量时可以形成天然面流,且流速小,对下游护岸可能产生的冲刷和波动很小。泄小流量时,有可能产生底流或面流的往复,虽然下泄水流的流速不大,但
