黄登水电站导流洞围堰残埂对截流的影响

郭红民，王静静，向光明，杜晓帆

(三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌 443002)

1 工程概况

黄登水电站位于云南省兰坪县境内，采用堤坝式开发，是澜沧江上游古水至苗尾河段水电梯级开发方案的第五级水电站，以发电为主。拦河大坝为混凝土重力坝，枢纽主要由混凝土重力坝、坝身泄洪放空建筑物、左岸地下引水发电系统等建筑物组成，属Ⅰ等大(1)型工程。工程设计采用河床一次拦断截流，右岸1#导流洞分流。1#导流隧洞进口高程为1 473.0m，洞身长1 121.959 m，洞身为方圆型断面，断面尺寸为16m×20m，顶拱中心角120°，隧洞底坡为i=0.362%。

2 模型设计

试验采用正态整体局部动床模型，按重力相似准则设计，模型与原型保持几何相似、水流运动相似及动力相似。模型几何比尺为1∶50。模型长度范围为上起导流洞进口上游500m，下至导流洞出口以下800m，原型全长约2 800m，相应模型长度约56m。模型共设置了8个水位测站，布置位置如下:导流洞进口上游400m、导流洞进口、戗堤上(上游围堰)、戗堤下、坝址、下游围堰、导流洞出口、甸尾渣场(尾门即模型尾水位控制站)。工程采用的截流标准为10年一遇11月中旬平均流量695m3/s。模型试验中主要采用861，695，423 m3/s这3种截流流量进行试验。黄登模型平面布置图如图1所示。

3 试验结果分析

由于工期紧或爆破不完全等原因，导流洞进出口围堰可能无法拆除到预定高程，参考以往试验经验［1－3］进行了不同残埂组合的对比试验，研究围堰残埂对导流洞泄流能力、龙口水力学参数及截流抛投材料的影响。

3.1 围堰残埂对导流洞泄流能力的影响

图1 黄登模型平面布置图Fig.1 Layout of the model of Huangdeng hydropower project

对导流洞进出口存在围堰残埂的情况进行了泄流能力比较试验。试验比较了4种残埂组合情况，其分别为:①1#导流洞进出口无残埂;②1#导流洞进口2m残埂，出口无残埂;③1#导流洞进口无残埂，出口2m残埂;④1#导流洞进出口各有2m残埂。试验结果见表1。

通过对导流洞进口上游水位的比较可知，导流洞进、出口残埂对导流洞的泄流能力有一定的影响，即:①相同流量下，围堰残埂对导流洞泄流能力的影响由大到小排列为进出口各2m残埂、进口2m残埂、出口2m残埂。由此可见，导流洞进口残埂对导流洞的泄流能力影响相对较大，而出口残埂对导流洞的泄流能力影响相对较小，故宜将导流洞进口处施工围堰尽可能拆除到设计高程;②围堰残埂组合情况相同时，随着泄流量的增加，残埂对导流洞的泄流能力的影响逐渐降低，当泄流量达到1 600m3/s后，其影响已不明显;③试验截流流量分别为423，695，861m3/s时，导流洞进出口围堰存在2m残埂，相对于进出口无残埂的工况，戗堤上游水位分别升高0.49，0.44，0.14m。

3.2 围堰残埂对龙口水力参数的影响

导流洞进出口围堰残埂的存在，必将对合龙时的龙口流速、龙口最大单宽流量等水力学参数产生影响，对截流而言，无疑增大了截流的施工难度及不可预见性，但具体影响程度有多大，还有待进一步试验研究。因此，针对截流流量分别为423，695，861m3/s时，导流洞进出口无残埂和进出口均存在2m残埂2种工况分别进行模型试验。3种截流流量下，其龙口主要水力学参数见表2。

从表2可以看出:①3种截流流量下，导流洞进出口有2m残埂时，截流戗堤上游水位比无残埂时增加了0.02～0.43 m，戗堤落差增加了0.07～0.46m，龙口最大流速增加了0.28～0.99 m/s。因此，导流洞进出口有残埂时的各项水力学参数相较于无残埂时均有所增加;②相同围堰残埂组合情况下，随着截流流量的增加，龙口水力学参数值依次增大，截流难度相应增大;③截流流量为695m3/s时，各水力学参数的增值相对于无残埂时均为3种流量中最大，围堰残埂的影响最为显著。综上所述可知，围堰残埂在一定程度上增加了截流的难度;截流流量达到695m3/s时，围堰残埂对截流的影响最大。

3.3 围堰残埂对截流抛投材料的影响

表1 戗堤上游水位变化Table 1 Water-level fluctuation in the upstream of closure dike

表2 主要截流水力学参数Table 2 Main hydraulic parameters of the river closure

进出口围堰残埂增加了截流进占时的戗堤落差、龙口最大流速等，因此，对截流过程中抛投材料的使用也会有一定的影响。为此，试验进行了抛投材料的统计分析，其统计结果见表3。

从表3可以看出:①相同截流流量下，导流洞进出口有残埂时，抛投材料的用量大于无残埂时的用量;而随着抛投材料总量增加，流失量也有一定程度的增加;②相同围堰残埂组合情况下，随着截流流量的增加，截流抛投材料的总量和流失量也增加;③截流流量为423 m3/s时，导流洞进出口残埂对抛投材料的影响不明显，随着截流流量的增加，导流洞进出口残埂对抛投材料的影响越来越大;④截流流量Q=861m3/s时，无论导流洞进出口有无残埂，截流难度都有所增加，当龙口布置于右岸边时，由于龙口较高流速的冲刷，岸边弃渣基本全部被冲走，可能对戗堤施工工程量及戗堤施工安全带来影响，故有必要对左岸弃渣岸坡先期进行预进占保护，然后再进行从右岸向左岸的单向截流合龙。

表3 截流抛投材料变化及边坡冲刷程度Table 3 Loss of dumped ripraps and degree of scour at the left-bank slope

4 结论

(1)导流洞进出口残埂对导流洞的泄流能力有一定影响，尤其泄流量较小时影响相对较大，随着泄流量的增加，残埂对导流洞的泄流能力的影响逐渐降低，当泄流量达到1 600m3/s后，其影响已不明显。导流洞进口残埂对导流洞的泄流能力影响相对较大，而出口残埂对导流洞的泄流能力影响相对较小。故建议将导流洞进口处施工围堰尽可能拆除到设计高程。

(2)导流洞进出口存在2m残埂时会增加龙口流速、戗堤落差等水力学参数值，一定程度上增大了截流难度。且截流流量为695m3/s时，围堰残埂对截流的影响最为显著。

(3)导流洞进出口有残埂时，截流抛投材料总量及流失量都有一定程度增加。且在流量为861m3/s的截流过程中，左岸河床及岸边的弃渣材料大量冲刷流失，影响进占施工的进度和戗堤施工的安全。为此，考虑对左岸岸坡先期进行预进占适当长度以保护岸坡弃渣，然后再进行由右岸至左岸的单向进占合龙。经过模型多次试验探索，左岸预进占长度以12m为宜。

［1］王继保，郭红民.大岗山水电站截流模型试验研究［J］.长江科学院院报，2009，26(12):50－53.(WANG Jibao，GUO Hong-min.Study on Experiment of River Closure of Dagang Mountain Hydropower Station Project［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2009，26(12):50－53.(in Chinese))

［2］刘海博，郭红民，朱宏伟，等.糯扎渡水电站截流模型试验研究［J］.三峡大学学报(自然科学版)，2008，30(3):38－40.(LIU Hai-bo，GUOHong-min，ZHU Hong-wei，etal.Research on River Closure Model Test of Nuozhadu Hydropower Station［J］.Journal of China Three Gorges U-niversity(Natural Sciences)，2008，30(3):38－40.(in Chinese))

［3］肖桃李，魏文俊.基于模型试验的导流洞围堰残埂对截流的影响研究［J］.长江大学学报(自然科学版)，2011，8(1):122－125.(XIAOTao-li，WEI Wen-jun.Impact of the River Closure on Diversion Tunnel Residual Cofferdam Based on Model Test［J］.Journal of Yangtze University(Natural Science Edition)，2011，8(1):122－125.(in Chinese ))