双江口水电站溢洪道进口导墙体型优化试验

王 川，潘 露

(1. 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072;2. 四川水利职业技术学院，四川 成都 611231)

1 概 述

引渠位于溢洪道首部，是溢洪道的重要组成部分，其主要作用是引导水流顺利进入闸室。常见的引渠导墙型式有直线型、圆弧型及椭圆弧型，导墙型式对溢洪道水流流态有着至关重要的影响[1]。因此，在进行溢洪道进口导墙设计时，需选择合适的导墙类型，使引渠内水流平顺、无较大水面波动，以便溢洪道能够达到最佳的泄洪能力[2]。

目前，关于溢洪道进口导墙体型优化的研究成果较多，如周苏芬等[3]通过模型试验提出了适用于岸边式溢洪道的黄金分割比椭圆弧直墙方案；郭观明等[4]结合数值模拟和模型试验研究了不同体型溢洪道进口导墙对水流流态及闸孔泄流能力的影响，提出了直线圆弧组合型导墙型式；王均星等[5]通过模型试验比较了9种进水口曲线型式，得出了长短轴黄金分割比的椭圆弧面导墙方案，并对该方案下的溢洪道泄流能力进行了进一步的试验验证，取得了良好效果。因此，笔者在前人研究的基础上，以双江口溢洪道进口导墙为例，通过水力学模型试验对五种导墙布置方案下的溢洪道进口段水流流态进行了对比分析，选出了最适宜的椭圆型直墙体型方案，其研究成果对其他类似工程具有借鉴意义。

双江口水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州马尔康县、金川县境内，是以发电为主的大型电站，坝址处控制流域面积为39 330 km2。电站采用大坝、首部地下引水发电系统的开发方式。水库正常蓄水位2 500 m，校核洪水位2 504.42 m，死水位2 420 m。水库总库容约28.97亿 m3，电站总装机容量2 000 MW，多年平均年发电量约77.07亿kWh。坝型为土质心墙堆石坝，最大坝高312 m。

双江口水电站枢纽主要建筑物包括土质心墙堆石坝、引水发电系统、一条洞式溢洪道、一条深孔泄洪洞、一条竖井泄洪洞和一条放空洞。其中，洞式溢洪道由进口段、无压洞段、明槽段和出口挑流鼻坎段组成，总长度2 172.2 m。纵剖面采用“龙落尾”型式。进口平面呈对称的喇叭形，底板高程为2 470 m，最小宽度16 m，导墙与岸坡相连，导墙由直墙渐变为贴坡式。溢洪道进口布置情况见图1。

图1 溢洪道进口布置图

2 模型设计

模型按重力相似准则设计，采用正态单体模型，模型比尺为1∶45。笔者主要对溢洪道闸门全开条件下的进口段水流流态进行研究。

原方案溢洪道进口引渠导墙为直墙渐变贴坡式斜墙型式。溢洪道泄流过程中，闸室进口两侧水流经过斜墙扭面与直墙过渡段时产生严重的绕流现象，导致闸室及下游无压洞上平段水面波动较大，产生一系列菱形冲击波。溢洪道进口段水流流态见图2。

图2 原方案溢洪道进口水流流态

3 溢洪道进口水流流态的优化

原设计方案中绕流现象严重，水面波动较大。主要原因是进口导墙采用直墙渐变贴坡式斜墙设计使水流在复杂的边界条件影响下，斜墙扭面与直墙过渡段产生绕流，导致闸室及下游无压洞上平段左右两侧水流不对称，水面出现较大波动。为改善溢洪道进口水流流态，提高溢洪道泄流能力，需对导墙体型进行修改。

3.1 导墙优化布置方案

试验共采用了表1的四种优化方案，将溢洪道进口导墙由斜墙改为直墙，左右侧导墙采用相同体型，对导墙的不同型式和长度进行了对比。各方案体型布置见图3。

3.2 水流流态分析

图4为优化方案溢洪道进口水流流态。从图4可以看出，在进口导墙采用直墙型式后，水流流

方案一

方案二

方案三

方案四图3 溢洪道进口导墙优化布置图

态得到改善，基本能够消除原方案斜墙扭面与直墙过渡段产生的绕流现象，但不同方案的改善效果不同。

方案一：水流流经墩头处产生较明显绕流，导墙内外侧出现较大水位差，同时墩头处绕流引起的水流紊乱发展至闸室，闸室内水面出现较大波动。方案二：水流流经导墙墩头处时水流平顺，但两侧导墙仍存在绕流，引渠及闸室中部与两侧边墙有明显的水位落差。方案三：在方案二的基础上增加了导墙长度，水流流态有所改善，水面波动范围减小，但仍未完全消除扰流现象。方案四：引渠及闸室内水流趋于平顺，完全消除了扰流及水面波动等不良流态。对比四种优化方案，椭圆弧导墙较圆弧型导墙对水流流态改善效果更好。对比方案二和方案三，导墙越长对流态改善越明显，但在此开口宽度下仍存在绕流现象。方案四在增加导墙长度的基础上增加了开口宽度，对进口引渠及闸室内水流流态改善最为明显。

表1 优化布置方案

3.3 泄流能力的分析和比选

针对原方案及四个优化方案，分别在正常蓄水位2 500 m和校核洪水位2 504.42 m工况下进行了对比试验。溢洪道闸门全开时各试验方案的下泄流量见表2。

方案一

方案二

方案三

方案四图4 优化方案溢洪道进口流态图

表2 溢洪道下泄流量 单位：m3/s

从表2的数据可知：将原方案导墙从直墙渐变贴坡式斜墙改为直墙后，方案一到方案四的泄流能力均有不同程度的提高。分别将四个优化方案同原方案进行对比，在相同库水位时，方案四的下泄流量相较于原方案增加最大，分别增加了138 m3/s、207 m3/s。方案一采用圆弧型直墙，其下泄流量对比原方案仅增加了18 m3/s、25 m3/s，优化效果不明显。后三种方案均采用椭圆型直墙，其泄流能力较原方案均有较大提高。由于仅增加导墙了长度，方案三溢洪道下泄流量对比方案二提高较少，方案四在方案三的基础上增加了开口宽度，使泄流能力得到进一步提高。从以上分析结果可知：方案四导墙体型不仅能够改善水流流态，还能使泄流能力得到明显提高，因此建议将方案四作为推荐方案。

4 结 语

双江口水电站溢洪道进口导墙体型优化试验结果表明：溢洪道进口导墙采用直墙型式可基本消除原方案斜墙扭面与直墙过渡段产生的绕流现象。相较于圆弧型导墙，进口导墙采用椭圆型导墙对流态改善效果更好。适当地增加椭圆型导墙段长度和开口宽度以使引渠内水流得到充分的调整，可完全消除导墙墩头处产生的绕流现象，明显改善水流流态，提高溢洪道泄流能力。