順溪拱壩溢流消能布置模型試驗研究

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1、第41卷第21期人民長江Vol.41,No.212010年11月YangtzeRiverNov.,2010文章編號:1001-4179(2010)21-0062-04順溪拱壩溢流消能布置模型試驗研究鮑倩,包中進,徐崗(浙江省水利河口研究院,浙江杭州310000)摘要:順溪拱壩為拋物線型常態(tài)混凝土雙曲變厚拱壩,針對其水頭落差大所帶來的壩下消能防沖問題,對原設計方案進行改進。原設計方案表孔水舌直接砸擊下游左側護坡及河道底,且水舌落地后向四周折射,不僅對設計護坡的穩(wěn)定性構成危險,而且勢必威脅壩肩的穩(wěn)定。通過水工模型試驗方案比較,優(yōu)化了溢流堰的平面布置和中孔出口體型,推薦了

2、二道壩方案,改善了溢流堰進口及壩下水流流態(tài),明顯減輕了水流對壩下河床的沖刷,為設計提供了技術依據,成果可供類似工程參考。關鍵詞:溢流拱壩;二道壩;消能防沖;試驗研究;順溪水電站中圖法分類號:TV642.2文獻標志碼:A處,壩頂高程為104.0m,基建面高程95.0m。壩頂兩1工程概況端上游側各設5m長直立墻,高程107.0m。為避免順溪水利樞紐位于浙江省平陽縣鰲江北港支流順泄洪對壩腳的淘刷,大壩兩岸下游70.00m范圍設溪上,是一座以防洪、供水、灌溉為主,結合發(fā)電等綜合1.00m厚混凝土護坡,護坡頂高程為110.00m,另外[1]利用的工程。攔河壩采用拋物線型常態(tài)混

3、凝土雙壩腳下游30m范圍設1.00~2.00m厚C20混凝土護曲變厚拱壩,最大壩高101.00m。工程為Ⅲ等工程,坦。按照100a一遇洪水設計,1000a一遇洪水校核。相拱壩壩址位于峽谷地段,河流自西向東流經壩址。應的設計洪水位192.77m,校核洪水位194.59m。設河谷底高程96~99m,底寬35m,常見大塊石分布。3計泄流量1773m/s,校核泄流量32252m/s。泄水建筑物采用表孔結合中孔泄洪方式,壩頂表孔共3孔,總凈寬30.00m,設3孔弧形閘門控制,溢流堰堰頂高程185.00m。中孔布置于表孔右側,共2孔,底高程136.50m,孔身尺寸2.80m×3

4、.50m,出口孔口尺寸為2.80m×3.00m,采用挑流消能,挑流鼻坎頂高程136.84m,并設置二道壩形成水墊塘。工程平面布置見圖1,溢流堰及中孔剖面圖見圖2。二道壩位于大壩下游約220m圖1工程平面布置收稿日期:2010-08-26作者簡介:鮑倩,女,助理工程師,碩士,主要從事水工模型試驗工作。E-mail:qqbao928@163.com第21期鮑倩,等:順溪拱壩溢流消能布置模型試驗研究63接砸擊下游左側護坡和山坡,砸擊高程遠超過設計護坡頂高程110.0m,且水舌落地后向四周折射,不僅對設計護坡的穩(wěn)定性構成危險,而且勢必加劇拱壩壩肩的振動,造成壩肩的不穩(wěn)定。(

5、4)二道壩壩高不足。表孔和中孔挑流水舌幾乎干砸河床,在水墊塘內不能夠形成漩滾消能。干砸后水流呈現3種特征:一部分水流向下游形成二次挑流,再次落地后形成水躍,擊起陣陣白色浪花,躍后水流波動劇烈;一部分水流砸擊河床后向兩側山坡折射,折射高度遠遠超過護坡圖2溢流堰及中孔剖面圖(單位:m)頂高程110.0m,最高達到140.0m左岸谷坡35°~45°,右岸40°~48°。壩基及壩下游泄高程以上;一部分水流向壩腳翻滾,洪區(qū)域內的巖性為流紋質晶屑熔結凝灰?guī)r,巖石堅硬;在水舌與壩腳之間形成大的回流區(qū)(陣發(fā)性,時而順左右兩岸分布有浸入輝綠巖脈,基巖抗沖流速為15~時針時而逆時針)。

6、18m/s。本工程水頭落差大,近100.00m,挑流水舌(5)二道壩位置距主壩太近。二道壩前水流非常在空中波動、擴散、霧化現象將非常嚴重,且壩下消能不均勻,主流明顯偏河道右側,直接頂沖二道壩,左側防沖問題突出,需要驗證溢流堰的體型和布置,研究各存在大的回流區(qū),水流漩滾摻氣劇烈,對二道壩的穩(wěn)定特征工況下拱壩溢流時沿程水流流態(tài)及水墊塘消能效也造成一定的影響。果,比較和確定二道壩布置,為設計提供技術依據。2研究方法本研究采用水工模型試驗的方法,模型遵守重力相似準則,按正態(tài)模型設計。根據研究對象特點及研究目的和內容,經計算分析確定模型幾何比尺L=r50。試驗段范圍上游水庫模

7、擬至壩前120m,下游河圖3設計工況表中孔水舌形態(tài)道模擬至壩后約500m,模型長度約15m。4修改方案試驗成果3原布置存在的主要問題(1)不同庫水位泄洪時,水流經反弧段出鼻坎后,4.1溢流堰布置的優(yōu)化研究無明顯向空中挑起形態(tài),而是略呈俯沖挑入下游河道。針對原布置方案存在的問題,對原方案溢流堰體這主要是由于本工程是超設計水頭運行(H/H=型及平面布置作了如下修改:maxd1.67),使得反弧段流線坦化嚴重,出現俯沖水流,從(1)表孔溢流堰以拱壩表孔圓弧中心點為圓心逆而減小了挑距。時針旋轉3.35°(溢流堰中心線向右岸平移約9m)。(2)中孔水流出洞口后,水舌向兩側

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