红桥水电站扩容改造拦河闸面流消能研究

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1、2014年第33卷第2期·DWRHE水利水电工程设计红桥水电站扩容改造拦河闸面流消能研究黄智敏陈卓英钟勇明朱红华摘要在综合红桥水电站拦河闸面流消能试验成果的基础上，对低水头拦河闸平底堰和实用堰2种堰型面流流态进行分析。试验表明，低水头拦河闸溢流堰出口设置小挑角0(0=10015。)、适当降低出口挑坎顶及下游河床面高程之后．有利于面流流态的形成，降低了面流运行所需的闸下游最小水深的要求，同时扩大了溢流堰面流运行的下游水深区间，有利于工程的安全运行。关键词拦河闸溢流堰面流体型消能研究红桥水电站中图分类号TV131．6文献标识码A文章编号1007—6980(20

2、14)02—0047—03闸底高程74．0m，闸室长度为15．5m，采用面流1工秸缃见消能方式。根据坝址区域的地质资料，拦河闸下红桥水电站位于广东省北江水系一级支流的游河床面高程按照72．5In高程模拟(见图1)。瀚江中游河段．是一座以发电为主，结合灌溉等＼三等中型工程。红桥水电站坝址处原修建有一滚水坝，坝顶高程为79．6m，滚水坝下游采用面流消能，坝址下游约11km处建有英华水电站。为q774．0了增加坝址上游水位、增大电站装机容量和发电xO'72．5量。拟拆除现有的滚水坝和旧电站，在原坝址处重新修建拦河闸和电站。红桥水电站扩容改造工程主要包括重建拦河闸

3、、电站及两岸连接土坝等。电站坝址以上流域图1平底堰方粟布置图(单位：m)面积为3121km，拦河闸正常蓄水位为81．0ITI2-2运行流态及分析(珠基，下同)，设计洪水频率为30年一遇(P-3．33％)，在维持拦河闸上游水位为正常蓄水位(z_81．0m)校核洪水频率为100年一遇(P=I％)。坝址区域河条件下．分别进行了8孔闸不同闸门开度的运行道宽120—150nl，河床面高程72．0—75．0m。坝址试验。试验表明：在各级闸门开度=0．25～2．0m1泄处河道覆盖层较浅，弱风化基岩面高程71．0--72．0ITI。流运行时，出闸水流呈自由出流，由于闸下游

4、水新建的拦河闸共8孑L，单孔净宽12in．闸孔深较小。出闸水流呈射流状汇人下游河道水流中，泄流总净宽96nl，溢流前缘总宽度为114．4m。设形成急剧的翻滚水流．闸下游形成不稳定的底流计初拟方案的拦河闸室堰型为平底宽顶堰。堰顶或波状流流态，主流靠近闸下游河床的底部区域，高程74．0in。经综合考虑现有滚水坝泄流消能方水闸跌坎下游附近区域的底流速达2．1～5．4rigs(桩式、闸址地质和闸下游水位等条件之后，本次扩号0+022-0+040)，有可能会对拦河闸基础造成冲容改造的拦河闸泄流仍采用面流消能。刷破坏，不利于工程的安全运行(见图2)。为了论证拦河闸溢流

5、堰型的合理性，开展了拦河闸水力模型试验研究，模型为1：48正态模型。本文介绍红桥水电站拦河闸扩容改造工程面流消能试验研究成果，供类似工程设计和运行参考。2设计初拟方案运行试验图2平底堰泄流流态和流速分布2．1方案布置为了判别拦河闸下游的面流形态，由面流各设计初拟方案的拦河闸堰型为平底宽顶堰，区界水深的计算公式Ⅲ(见式(1)～(3))和红桥水电·48·水利水电512程设计DWRHE·2014年第33卷第2期站拦河闸测试的水力参数(如出闸泄流单宽流量q、下游水位Z和水深h等)，计算出各区界水深与闸下游相对水深hJh进行比较。_0．84_1·48~-+2·24(

6、1)_l_16-1-81+2·38(2)=(4-33_4)+0．9(3)图3红桥水电站拦同闸溢流堰水利参数关系图式中：——发生自由面流流态的最小下游水深，即第1区界水深的上限值；游不形成潜流(或回复底流)的最大下游水深h，(即厂从自由面流或混合面流转变为淹没混第3区界水深)，增大溢流堰出流形成面流流态的合面流的最小下游水深，即第2区界水位区间。水深的上限值；3优"Pc方案运行试验——第3区界水深，定义为保持淹没混合面流或淹没面流流态、而不形成潜流3．1方案布置(或底流)的最大下游水深；经模型试验多方案修改比较之后，得出红桥口——跌坎高度：水电站拦河闸溢流堰

7、型的优化方案为(见图4)：P_坝高，可取P=H+口一1．5hk，H为闸上游水位到跌坎坎顶的落差。由于红桥水电站拦河闸下游相对水深hJh相对较小，因此，本文只计算第1区界和第2区界相对水深／hk、h2／hk与h,／h比较(见表1和图3)。由表1和图3可见，在闸上游正常蓄水位(Z-=81．0m)、闸门开度e>0．25m泄流运行时，闸下游相对水深h,／h位于线之下，这表明闸下游水深过小，图4拦河闸溢流堰推荐方粟布置图(单位：in)水闸泄流在其下游无法形成面流流态，闸下游水(1)由于拦河闸坝址处原修建有一滚水坝，流为底流衔接过渡。表1红桥水电站拦河闸溢流堰泄流水力

8、参数表坝顶高程为79．6in。为了确保拦河闸上游河道河床和两岸堤围