锦屏二级水电站进水口纵向围堰安全性研究

林俊峰 李 坤

1 工程概况

四川雅砻江锦屏二级水电站进水口工程纵向围堰根据地形及结构条件，充分利用原始地形线，根据设计断面进行填筑施工形成。进水口围堰轴线长248.60 m，围堰堰顶高程为1 641.00 m，围堰顶宽5.00 m，围堰最大断面高约22.6 m，内外侧坡比均为1∶1.4，围堰堰体防渗采取塑性混凝土防渗墙，防渗墙深入 T13岩层0.5 m以下，塑性混凝土防渗墙厚80 cm。为防止水流对围堰外侧冲刷及围堰过水后影响围堰稳定，在围堰外侧整个迎水坡面设置钢筋石笼进行防护，围堰内侧采用干砌石护坡进行防护。

电站进水口施工围堰为4级建筑物，挡水标准按12月～次年4月洪水频率 P=10%设计，Q=1 010 m3/s，相应原始状态天然河道水位为1 639.34 m。围堰设计时考虑河床积渣影响，并充分考虑下游拦河闸坝围堰及本工程围堰束窄河床造成水位壅高，堰顶高程定为1 641.00 m。围堰过水度汛标准按全年洪水频率P=5%设计，Q=8 850 m3/s。

2 模型设计与制作

2.1 模型设计

根据模型试验任务的要求，为了更好的反映本围堰工程实际情况，本模型试验选定模型比尺λl=50和λh=50的正态模型。根据相似原理理论，模型相似包括水流运动相似、泥砂运动相似。

2.2 模型制作与验证

本次模型试验模拟河道总长约1.8 km，进水口纵向围堰以上约0.75 km，进水口纵向围堰以下约0.85 km。模型由进水量堰、前池、试验段、尾水调节、回水沟等部分组成。模型全长约40.0 m，宽5.0 m。在地形图上每50 m布设一制模断面，并在局部地形变化较大的区域，加密控制点，以保证模型与原型的几何相似。在整个模型制作过程中，进行河道主槽，主要控制点反复校对与修改，在制作完成后全面进行检查，取水河段高程误差在0.05 m(原型)以内，平面误差均在0.10 m(原型)以内。不存在系统误差，模型与原型是几何相似的。

2.3 流量控制

来流流量采用无侧收缩矩形薄壁堰对来流量进行控制和测量。

3 试验成果

3.1 试验方案说明

根据本次模型试验的两个主要目的(纵向围堰前水位流量关系与纵向围堰的冲刷情况)，收集到影响该两个问题研究的主要相关因素如下:1)拦河闸坝围堰挡水与施工期泥砂淤积。拦河闸坝围堰挡水与施工期泥砂淤积均能造成纵向围堰前水位抬高，而对纵向围堰的冲刷会起到一定缓解作用，故模型试验中主要考虑其对纵向围堰前水位抬高方面的影响。2)纵向围堰下游支流溪口滩的清淤。对电站进水口下游支流溪口滩进行一定的清淤，可以改善库区泥砂淤积状况，故模型试验中主要考虑其对纵向围堰的冲刷加剧方面的影响。

3.2 流态

1)各级流量下纵向围堰前水流较平顺。2)由于纵向围堰对河床有一定束窄，纵向围堰上游端头部有一明显壅水，在来流为4 000 m3/s左右时最明显，而纵向围堰下游端尾部靠右岸侧有一定回流。3)纵向围堰下游支流溪口滩清淤后纵向围堰段水位明显下降，水流流速明显增大。

3.3 纵向围堰前水位流量关系

1)考虑拦河闸坝围堰挡水以及施工期泥砂淤积情况后，纵向围堰前水位有一定增加，来流量为1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s时增幅分别约为3.30 m，5.32 m与5.70 m。2)由于纵向围堰对河床有一定束窄，纵向围堰上游端头部有一明显壅水，按2008年度汛考虑，来流量为 1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s时壅水高度分别为0.25 m，1.05 m与0.95 m。3)当来流量为电站进水口围堰挡水设计标准 P=10%，Q=1 010 m3/s时，按2008年度汛考虑，堰前水位为1 636.18 m;按拦河闸坝围堰挡水以及施工期泥砂淤积情况考虑，堰前水位为1 639.23 m。

3.4 纵向围堰前流场观测

1)纵向围堰下游支流溪口滩清淤后纵向围堰段水流流速明显增大，来流量为4 000 m3/s时平均增幅较大，局部增幅超过1.5 m/s。2)来流量为1 010 m3/s时，支流溪口滩清淤前后围堰前水流表面流速最大值分别达到2.61 m/s与3.04 m/s左右，围堰前水流底部流速最大值分别达到2.30 m/s与2.69 m/s左右。3)来流量为4 000 m3/s时，支流溪口滩清淤前后围堰前水流表面流速最大值分别达到4.52 m/s与6.01 m/s左右，围堰前水流底部流速最大值分别达到4.23 m/s与4.62 m/s左右。4)来流量为8 850 m3/s时，支流溪口滩清淤前后围堰前水流表面流速最大值分别达到6.24 m/s与6.73 m/s左右，围堰前水流底部流速最大值分别达到4.13 m/s与 4.46 m/s左右。

3.5 纵向围堰冲刷保护

模型试验对锦屏二级电站进水口纵向围堰分别进行了抛石粒径为0.75 m～1.0 m与0.50 m～0.75 m的抛石防护试验。试验来流量分别为1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s。试验观测得到，使用0.75 m～1.0 m大小块石对围堰进行防护，各级流量下均能保证围堰不冲刷，使用0.50 m～0.75 m大小块石对围堰进行防护，基本能够确保围堰不冲刷。综上所述，若锦屏二级电站进水口纵向围堰过水度汛标准按全年洪水频率 P=5%(Q=8 850 m3/s)设计，模型试验认为纵向围堰可以采用 0.50 m～0.75 m大小块石对围堰进行护坡与护脚防护，同时建议在围堰上游端头部转弯顶水段以及围堰端尾部局部适当加大抛投块石粒径。

4 结语

1)各级流量下纵向围堰前水流较平顺。纵向围堰下游支流溪口滩清淤后纵向围堰段水位明显下降，水流流速明显增大。2)考虑拦河闸坝围堰挡水以及施工期泥砂淤积情况后，纵向围堰前水位有一定增加，来流量为 1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s 时增幅分别约为3.30 m，5.32 m与5.70 m。3)由于纵向围堰对河床有一定束窄，纵向围堰上游端头部有一明显壅水，按2008年度汛考虑，来流量为1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s时壅水高度分别为0.25 m，1.05 m与0.95 m。4)纵向围堰下游支流溪口滩清淤后纵向围堰段水流流速明显增大，来流量为4 000 m3/s时平均增幅较大，局部增幅超过1.5 m/s。5)来流量为1 010m3/s时，支流溪口滩清淤前后围堰前水流表面流速最大值分别达到2.61 m/s与3.04 m/s左右，围堰前水流底部流速最大值分别达到2.30 m/s与2.69 m/s左右。6)来流量为4 000 m3/s时，支流溪口滩清淤前后围堰前水流表面流速最大值分别达到4.52 m/s与6.01 m/s左右，围堰前水流底部流速最大值分别达到4.23 m/s与4.62 m/s左右。7)来流量为8 850 m3/s时，支流溪口滩清淤前后围堰前水流表面流速最大值分别达到6.24 m/s与6.73 m/s左右，围堰前水流底部流速最大值分别达到4.13 m/s与4.46 m/s左右。8)根据模型试验对纵向围堰段流速观测结果，可得到各级流量下纵向围堰前底部流速最大值约为4.0 m/s～4.5 m/s，故认为锦屏二级进水口纵向围堰采用钢筋石笼进行防护是可行的。9)若锦屏二级电站进水口纵向围堰过水度汛标准按全年洪水频率 P=5%(Q=8 850 m3/s)设计，模型试验认为纵向围堰可以采用0.50 m～0.75 m大小块石对围堰进行护坡与护脚防护，同时建议在围堰上游端头部转弯顶水段以及围堰端尾部局部适当加大抛投块石粒径。

[1] 张 力.长河坝电站右岸高边坡安全防护网设计与施工[J].山西建筑，2009，35(21):361-362.