水电站旁通洞的水力特性模型试验

曹德生 李贵圆 宁龙飞 张永奇

摘 要：对拟建水库的长、短旁通洞排沙效果进行了水工模型试验研究，试验中率定了旁通洞的泄流能力；观测了旁通洞进口及洞内流态；测量了长、短旁通洞在正常水位下、宣泄不同流量时的含沙量等。试验结果表明在闸门全开情况下，长、短旁通洞的泄流能力均超过200m3/s；在输沙模数1200t/km2考虑下，长旁通洞方案中水典型年过机年平均含沙量为51.3g/m3，短旁通洞方案中水典型年过机年平均含沙量为59.0g/m3。研究结果证明：长、短旁通洞泄流能力均满足分流要求、旁通洞进口段与导流洞结合段无不良流态、短旁通洞的輸沙能力略优于长旁通洞方案。

关键词：模型试验 掺气坎 挑坎

中图分类号： S763 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

1 工程概况及研究内容

该水电站为引水式电站，总库容60.4万m3，坝址控制流域面积1112km2，多年平均流量47.3m3/s，工程开发的主要任务为发电。工程主要建筑物由首部枢纽、左岸引水系统、发电厂房及其附属设施组成。首部枢纽主要包括混凝土重力坝和右岸旁通洞（排沙洞），混凝土重力坝从左至右依次为电站左岸副坝、库中沉沙池、冲沙底孔坝段、表孔坝段、右岸副坝，坝顶高程EL.1493.00m。引水系统主要建筑物包括进水口、引水隧洞、调压室和压力管道。引水隧洞直径为4.1m～4.9m，全长8037.75m。发电系统主要建筑物包括主副厂房、安装间、尾水渠、开关站。厂房位于河床左岸，为地面厂房，厂区地面高程962.7m，，并通过下游跨河桥与右岸对外公路连接。拦河坝由混凝土重力坝组成，从左到右依次由左岸非溢流坝段、冲沙底孔坝段、泄洪排沙底孔坝段、泄洪表孔坝段及右岸非溢流坝段组成，沉沙池布置在左岸冲沙底孔上游侧。坝顶高程1493.00m，坝顶宽8.5m，最大坝高35.0m。坝顶长度为115.00m，其中左岸非溢流坝段长9.5m，冲沙底孔坝段长17.0m，泄洪排沙底孔坝段长16.5m，泄洪表孔坝段长25.5m，右岸非溢流坝段长46.5m。

本文研究内容包括：比较长、短旁通洞排沙效果。主要内容包括率定旁通洞的泄流能力；测量分析两旁通洞在正常水位下，宣泄不同流量时的含沙量，计算中水典型年过机年平均含沙量，为方案比选提供依据。

2 模型设计及制作

根据本项模型试验技术要求，修建试验河段的正态水工泥沙模型。模型由进水量堰、库区、坝段、泄水建筑物、进水口、下游河段、尾水调节设施、回水沟等部分组成，其中泄水建筑物与进水口全部采用有机玻璃制作。模型全长约40.0m，模型高度1m左右，模型宽度2～3m，模型最大摆幅约7m。在地形图上每50m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0.05m（原型）以内，平面误差均在0.10m（原型）以内。不存在系统误差，模型与原型是几何相似的。

3 试验结果及分析

3.1 泄流能力

试验测定了长、短游旁通洞在正常水位（1491.0m）、不同开度下的泄流能力，短旁通洞进口底板高程为1480.0m，弧门尺寸为5m×4.2m；长旁通洞进口底板高程为1482.0m，弧门尺寸为6m×4.2m。流量系数计算方法如下式：

式中：A——孔口面积，为弧门宽度×开度；

H——计算水头，为旁通洞进口底板至水位的高差，上游H=Z库-1482.0，下H=Z库-1480.0；

Q——试验实测流量；

g——重力加速度，取9.8m/s2。

取试验实测数据作图并进行公式拟合得下图，从图中可以看出，在闸门全开情况下，长、短旁通洞的泄流能力均超过200 m3/s，满足分流要求。

3.2 旁通洞进口及洞内流态

图3与图4为旁通洞进口及其与导流洞结合部位流态图。从图中可以看出：各流量下旁通洞进口处水流平稳，无漩涡出现；短旁通洞与导流洞结合处水流略有拥起，试验测得最大水深4.45m，未超过导流洞高度（6.5m）；试验通过在上游断面撒入墨汁来追踪粒子轨迹，结果显示被染色水流大部分经旁通洞流出。

各流量下旁通洞前段水深比后段稍大，在旁通洞与导流洞结合处水深最大，但是最大水深为4.45m，未超过导流洞高度（6.5m）

在原进水口轴线基础上，下旁通洞轴线顺时针旋转了10°，调整后的旁通洞进口段及与导流洞结合段无不良流态，导流洞内最大水深为4.45m，未超过导流洞高度（6.5m）。

4 结论

1、试验测定了长、短旁通洞在正常水位（1491.0m）、不同开度下的泄流能力，长、短游旁通洞全开情况下的泄流能力分别为228.4及225.6m3/s，均满足分流要求。

2、试验测量了冲刷前及冲刷后、电站引用流量为42.3m3/s、旁通洞分流量分别为0、20、42.3、80、150及200m3/s情况下，旁通洞弃水、电站引水及库尾的含沙量。根据试验成果，按输沙模数1200t/km2考虑，得到长旁通洞方案中水典型年过机年平均含沙量为51.3g/m3，短旁通洞方案中水典型年过机年平均含沙量为59.0g/m3。从水库沉沙效果而言，长旁通洞方案与短旁通洞方案是基本相当的，其中长旁通洞方案略优。

参考文献

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