紅橋水電站擴容改造攔河閘面流消能研究

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1、2014年第33卷第2期·DWRHE水利水電工程設計紅橋水電站擴容改造攔河閘面流消能研究黃智敏陳卓英鐘勇明朱紅華摘要在綜合紅橋水電站攔河閘面流消能試驗成果的基礎上，對低水頭攔河閘平底堰和實用堰2種堰型面流流態(tài)進行分析。試驗表明，低水頭攔河閘溢流堰出口設置小挑角0(0=10015。)、適當降低出口挑坎頂及下游河床面高程之后．有利于面流流態(tài)的形成，降低了面流運行所需的閘下游最小水深的要求，同時擴大了溢流堰面流運行的下游水深區(qū)間，有利于工程的安全運行。關鍵詞攔河閘溢流堰面流體型消能研究紅橋水電站中圖分類號TV131．6文獻標識碼A文章編號1007—6980(20

2、14)02—0047—03閘底高程74．0m，閘室長度為15．5m，采用面流1工秸緗見消能方式。根據(jù)壩址區(qū)域的地質(zhì)資料，攔河閘下紅橋水電站位于廣東省北江水系一級支流的游河床面高程按照72．5In高程模擬(見圖1)。瀚江中游河段．是一座以發(fā)電為主，結(jié)合灌溉等＼三等中型工程。紅橋水電站壩址處原修建有一滾水壩，壩頂高程為79．6m，滾水壩下游采用面流消能，壩址下游約11km處建有英華水電站。為q774．0了增加壩址上游水位、增大電站裝機容量和發(fā)電xO'72．5量。擬拆除現(xiàn)有的滾水壩和舊電站，在原壩址處重新修建攔河閘和電站。紅橋水電站擴容改造工程主要包括重建攔河閘

3、、電站及兩岸連接土壩等。電站壩址以上流域圖1平底堰方粟布置圖(單位：m)面積為3121km，攔河閘正常蓄水位為81．0ITI2-2運行流態(tài)及分析(珠基，下同)，設計洪水頻率為30年一遇(P-3．33％)，在維持攔河閘上游水位為正常蓄水位(z_81．0m)校核洪水頻率為100年一遇(P=I％)。壩址區(qū)域河條件下．分別進行了8孔閘不同閘門開度的運行道寬120—150nl，河床面高程72．0—75．0m。壩址試驗。試驗表明：在各級閘門開度=0．25～2．0m1泄處河道覆蓋層較淺，弱風化基巖面高程71．0--72．0ITI。流運行時，出閘水流呈自由出流，由于閘下游

4、水新建的攔河閘共8孑L，單孔凈寬12in．閘孔深較小。出閘水流呈射流狀匯人下游河道水流中，泄流總凈寬96nl，溢流前緣總寬度為114．4m。設形成急劇的翻滾水流．閘下游形成不穩(wěn)定的底流計初擬方案的攔河閘室堰型為平底寬頂堰。堰頂或波狀流流態(tài)，主流靠近閘下游河床的底部區(qū)域，高程74．0in。經(jīng)綜合考慮現(xiàn)有滾水壩泄流消能方水閘跌坎下游附近區(qū)域的底流速達2．1～5．4rigs(樁式、閘址地質(zhì)和閘下游水位等條件之后，本次擴號0+022-0+040)，有可能會對攔河閘基礎造成沖容改造的攔河閘泄流仍采用面流消能。刷破壞，不利于工程的安全運行(見圖2)。為了論證攔河閘溢流

5、堰型的合理性，開展了攔河閘水力模型試驗研究，模型為1：48正態(tài)模型。本文介紹紅橋水電站攔河閘擴容改造工程面流消能試驗研究成果，供類似工程設計和運行參考。2設計初擬方案運行試驗圖2平底堰泄流流態(tài)和流速分布2．1方案布置為了判別攔河閘下游的面流形態(tài)，由面流各設計初擬方案的攔河閘堰型為平底寬頂堰，區(qū)界水深的計算公式Ⅲ(見式(1)～(3))和紅橋水電·48·水利水電512程設計DWRHE·2014年第33卷第2期站攔河閘測試的水力參數(shù)(如出閘泄流單寬流量q、下游水位Z和水深h等)，計算出各區(qū)界水深與閘下游相對水深hJh進行比較。_0．84_1·48~-+2·24(

6、1)_l_16-1-81+2·38(2)=(4-33_4)+0．9(3)圖3紅橋水電站攔同閘溢流堰水利參數(shù)關系圖式中：——發(fā)生自由面流流態(tài)的最小下游水深，即第1區(qū)界水深的上限值；游不形成潛流(或回復底流)的最大下游水深h，(即廠從自由面流或混合面流轉(zhuǎn)變?yōu)檠蜎]混第3區(qū)界水深)，增大溢流堰出流形成面流流態(tài)的合面流的最小下游水深，即第2區(qū)界水位區(qū)間。水深的上限值；3優(yōu)"Pc方案運行試驗——第3區(qū)界水深，定義為保持淹沒混合面流或淹沒面流流態(tài)、而不形成潛流3．1方案布置(或底流)的最大下游水深；經(jīng)模型試驗多方案修改比較之后，得出紅橋口——跌坎高度：水電站攔河閘溢流堰

7、型的優(yōu)化方案為(見圖4)：P_壩高，可取P=H+口一1．5hk，H為閘上游水位到跌坎坎頂?shù)穆洳?。由于紅橋水電站攔河閘下游相對水深hJh相對較小，因此，本文只計算第1區(qū)界和第2區(qū)界相對水深／hk、h2／hk與h,／h比較(見表1和圖3)。由表1和圖3可見，在閘上游正常蓄水位(Z-=81．0m)、閘門開度e>0．25m泄流運行時，閘下游相對水深h,／h位于線之下，這表明閘下游水深過小，圖4攔河閘溢流堰推薦方粟布置圖(單位：in)水閘泄流在其下游無法形成面流流態(tài)，閘下游水(1)由于攔河閘壩址處原修建有一滾水壩，流為底流銜接過渡。表1紅橋水電站攔河閘溢流堰泄流水力

8、參數(shù)表壩頂高程為79．6in。為了確保攔河閘上游河道河床和兩岸堤圍