小湾水电站泄洪消能研究.ppt

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1、小湾水电站泄洪消能试验研究小湾水电站工程位于云南省澜沧江中下游河段梯级电站的龙头水库工程，以发电为主兼有防洪等综合利用为目的。工程由混凝土双曲拱坝、坝后水垫塘和二道坝、左岸泄洪洞及右岸引水发电系统组成。坝顶高程1245m，电站正常蓄水位1240m，最大坝高292m，是目前世界上最高的拱坝工程。电站布置于右岸地下厂房，装机容量4200MW，最大泄洪流量20700m3/s，相应下泄功力为46000MW，为现有国际高拱坝泄洪功率之最。小湾水电站工程属于一等工程。枢纽的主要建筑物为一级建筑物，次要建筑物为三级建筑物。大坝和泄水建筑物洪水

2、标准按500年一遇洪水设计，10000年一遇洪水校核；下游消能防冲建筑物按100年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。试验模型比尺为1:100，水垫塘分二种情况进行研究，一种是对水垫塘进行护岸护底，主要研究有关水力学参数，如测量动水冲击压力、脉动压力等；另一种是对水垫塘进行护岸不护底，底部动床按10.4m/s～12m/s散粒体模拟，主要测量动床冲刷的位置、坑深及范围。二道坝至尾水渠出口与泄洪洞出口下游河床冲积层按5m/s散粒体模拟。该工程有河谷窄、水头高、泄量大、泄洪功率大的特点，泄洪消能布置取坝身、坝外分区联合泄洪方式。坝身设表孔

3、、中孔泄洪，岸边设泄洪洞分流，三套设施联合泄放洪水，每套设施单独运行时均能满足泄常年洪水的要求。小湾工程采用三层多孔、水流撞击，分区消能，按需防护的泄洪消能方案。坝身泄洪布置原则是：纵向分层拉开，单体横向扩散，总体入水归槽，即表孔出流取大差动，中孔进、出口立面分层，以尽可能减小单位面积上的入水能量。联合运行时，表、中孔水舌空中撞击消能，以使其下泄能量限定在下游河道所能承受的范围以内。坝身设5个表孔，堰顶高程1225m，孔口尺寸11m×20m（宽×高），出口宽16m左右，出口采用平面扩散、各孔高低大差动加跌流布置，最大泄量为8625m

4、3/s。较好地解决了表孔纵向差动分层、横向扩散的问题。水舌分层间距满足“1+1<1”的较优间距范围。在各种试验工况下的泄洪消能均小于优化目标。坝身设6个中孔，孔口尺寸6m×6.5m，压力短管出流，采用平面偏转（避免中孔水舌发生径向集中）、各孔高低大差动和上翘式布置，最大泄量为8264m3/s。其布置原则是高孔小挑角、低孔大挑角、各种挑角的水舌入水宽度与水垫塘底板等宽，差动间距在32～38m之间。较好地解决了水舌径向搭接重叠和入水区水舌纵向拉开、横向扩散的问题。泄流量和上翘角较“八·五”攻关增大后，水舌分层间距仍满足“1+1<1”的较

5、优间距范围。六中孔单独运行在各种工况下的泄洪消能均小于优化目标。坝身表、中孔水舌空中碰撞消能，解决了高坝大流量引起的巨大泄洪功率的消能防冲问题。通过对表、中孔的优化较好地解决了高水位运行时，最不利工况的消能防冲问题。经大量的试验研究，影响一、二次碰撞消能的主要因素：（1）碰撞角是影响碰撞消能效果的一个主要因素。由试验成果可知：碰撞消能率的增加随碰撞角的加大而增大。（2）碰撞水舌宽度、流量、流量比也是影响碰撞消能的主要因素。研究发现影响一、二次碰撞消能效果除上述原因外，在中孔体型不变的情况下，表孔水舌碰撞位置的纵向间距在一定范围内变化

6、，存在着表、中孔碰撞动床冲刷坑减小的现象，我们把这一间距称之为一、二次碰撞的最优间距。这一突破性的发现，对表、中孔体型优化和水垫塘设计优化起到了指导性作用。对于小湾的一、二次碰撞最优间距为28m～32m。小湾泄洪洞水舌远离大坝及电站尾水洞出口，是泄常年洪水的通道之一。“八·五”攻关时左岸采用二条泄洪洞，“九·五”攻关时增大坝身泄量（主要是泄洪中孔）减小一条泄洪洞，至到施工详图阶段最终选定一条泄洪洞孔口尺寸为13m×13.5m（宽×高），最大泄量为3811m3/s。坝下游水垫塘采用梯形复式断面,长度400m，底宽70m，底板高程96

7、5m，二道坝高39m。水垫塘左岸岸边最大正向流速为7.28m/s；最大回流流速为10.19m/s。右岸岸边最大正向流速为7.8m/s；最大回流流速为10.98m/s水垫塘底板上时均最大冲击压力为136.95kPa，最大脉动压力为297.02kPa，最大均方根值为66.87kPa，主频在0.00Hz～0.004Hz之间。边坡时均最大冲击为60.01kPa。水垫塘最大冲深19.89m。在各种试验工况下，水垫塘底板上时均最大冲击压力均控制在147kPa(15m)以内，脉动压力均控制在320kPa以内。试验研究表明：小湾工程泄洪消能型式的

8、布置方案是合理的，坝身孔口泄洪时，表孔上下差动、纵向分层入水、横向扩散，中孔立面分层、坝内上翘、纵向拉开、横向扩散，表中孔水舌在空中碰撞分散、消能，保护加固坝下游河床，使二道坝形成水垫。优化确定的水垫塘平面布置及二道坝位置、高程是合适