浅谈某水电站泄水陡坡优化设计水工模型试验

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1、2013年第32卷第4期·DWRHE水利水电工程设计·45·某水电站泄水陡坡优化设计水工模型试验陈红艳摘要泄水陡坡作为引水式电站的重要建筑物，维系着整个电站工程的安全运行，在落差和泄量较大的工程中显得尤为重要，而水5-模型试验作为5-程运行情况的事先模拟，对优化_T--程设计方案，提高．T--程安全度具有重要的指导作用．通过理论计算和试验验证，对原设计进行优化，并提出类似_T-程泄水陡坡设计中应注意的问题，供同行们在工程设计中参考。关键词泄水陡坡流速流态水面线消力池中图分类号TV131．6文献标识码A文章编号1007

2、—6980(2013)04-0045-03物安全．需要通过模型试验验证和优化泄水陡坡1工程概况体形设计的合理性，以及消力池的消能效果。某电站是新疆伊犁某河水电梯级规划的第33水工模型设计及试验工况级电站，采用引水式开发方案，电站工程由引水渠首、引水渠、前池、压力管道、泄水陡坡、厂该试验由西北农林科技大学水工模型试验室房、尾水渠和防洪堤等组成。电站设计水头135m，承担，模型按重力相似准则设计，L=40。模型采设计发电流量56．83m3／s，装机容量66MW。泄水用有机玻璃制作，满足糙率相似。模型试验对原陡坡接压力前池

3、．由渐变段、闸后消力池段、调设计方案的陡坡内水面线、压强、流速及流态进整段、泄槽段、消力池段及出口连接段组成，全行了模拟，对原方案的优化设计提出建议。长640m，设计泄量56．83mfs，落差135m。4水工模型试验分析泄水陡坡设计主要参数：陡坡段起点接排冰闸，排冰闸后接25m的陡坡段，坡比为1：3．5，陡4．1设计泄量工况下的模型试验情况坡宽度由15．2m渐变为9．1m。陡坡下接异形消力4．1．1水流流态及水面线池，消力池深1．8m，池长25m。异形消力池出口试验首先对下泄流量56．83mfs工况进行模型接47In

4、的调整段，调整段为平坡，后接泄槽段。试验工作，将舌瓣门关闭，水流全部从侧堰溢洪泄槽高差135In，坡比为1：3．6，采用矩形断面，道通过，测得压力前池水位为1210．80In，小于压宽度为4．5m。泄槽底部采用底流消能，消力池深力前池最高水位。舌瓣门下游水流以45。向整个异度为3m．长度为30m，消力池段边墙高6．5m。形消力池范围扩散，扩散水流流态稳定，消力池也形成良好的底流消能，最大水深达5．64m。小2水工模型试验的目的于设计边墙6In。本电站泄水陡坡从前池排冰闸接出，经过异水流进入调整段后水深达2．92m，小

5、于边墙形消力池初步消能、调整段稳流后，进入陡坡泄高度4．20m，满足过流要求。当水流进入泄槽段槽段，泄槽末端经过消力池消能后投入尾水渠。后，水流流态表现为急流，由于该泄槽段较长，首先，在前池排冰闸后设消力池进行初步消能，到达下游消力池的落差达130m，水深由1．72In由于地形限制，消力池设计成了不规则形状，其渐变至0．48m，陡坡段边墙满足过流。体型、水力特性和消能机理均较复杂，因此该消消力池内基本形成稳定的底流消能水流流态．力池需要通过模型试验验证其消力池消能效果及但跃后水深平均达到6．12m。最大波浪高达到消力

6、池水面曲线．并根据试验数据进行必要的优7．20In，已经超过设计边墙高度6．50m。化。其次．从前池排冰闸至陡坡泄槽末端落差约由于尾水渠和连接段渠道水面落差的存在．135m。经过水力计算，泄槽中流速已达到25m／按照能量守恒原则，水流在尾水渠边坡必然存在S，在这样高水头高流速的情况下，为了确保建筑水流的爬高。通过测验，该工况的最大爬高到达·46·水利水电工程设计DWRHE·2013年第32卷第4期图1下泄56．83m3／s流量尾水渠防护范围高程1074．0m，基本和连接段渠道出口水面接近，表156．83m3／s流■下

7、泄槽段沿程空化数计算结果表水流爬高影响范围约20m。见图1。4．1-2压强分布试验对整个陡坡的沿程底板中心线的时均压强进行了测验，从测验资料看，整个泄水渠道底板压强正常，在水流转折区域没有出现负压，说明泄水陡坡设计体型符合水流运动规律。4．1．3沿程流速分布试验对该流量的沿程流速进行了测验，从流速的测验结果看．陡坡段的最大流速在陡坡的渐扩段起点，测验的最大表面流速为27．4m／s。模型试验验收时，验收组要求试验单位从lO～4．1．4泄槽段抗空化分析38m3／s之间，按照约5m3／s的流量等差值进行分由于泄槽段高差较大

8、，泄槽下游段流速较大，段放水试验，以检查其它工况时有无异常现象。极易发生水流空化，水流空化数计算采用如下公式：放水试验表明．当泄量在10～25m3／s之间时，泄槽段产生较为明显的滚波流态，由于滚波冲击在Vo"lZg底部消力池内引起溅水溢出消力池边墙。各泄量式中：——水流空化数；下测验的溅水范围及高度统计结果见表2。一大气压强水柱高，m(ha=1