洪泽站发电工况下消能防冲安全复核分析

周 亮， 纪 恒

(1.南水北调东线江苏水源有限责任公司洪泽站管理所， 江苏 淮安 223001；2.南水北调东线江苏水源有限责任公司淮安分公司， 江苏 淮安 223001)

洪泽站工程是南水北调东线第一期工程的第三梯级泵站之一，其主要任务是通过与下级金湖站联合运行，由金宝航道、入江水道三河段向洪泽湖调水150 m3/s[1]，为洪泽湖周边及以北地区供水，并结合宝应湖、白马地区排涝。枢纽除调水功能外，兼具防洪、排涝及发电功能。

洪泽站工程主要由泵站、挡洪闸、进水闸及进出水引河等部分组成。泵站设计流量150 m3/s，布置在洪泽湖大堤堤后约1 300 m。挡洪闸设计流量150 m3/s，位于洪泽湖大堤上，共3孔，每孔净宽10 m，进水闸设计流量150 m3/s，位于泵站站下500 m，共4孔，每孔净宽10 m。泵站引河布置于三河船闸与洪金干渠之间，总体上呈东西走向，分为3段，其中引河口至进水闸段长3 269 m，进水闸至泵站段长500 m，站上引河段1 303 m。

1 各建筑物及引河消能防冲设计

1.1 泵站

泵站站上设25 m长钢筋混凝土护坦、60 m长浆砌块石护底，护底末端至翼墙间护坡采用浆砌块石护砌；站下设31.2 m长钢筋混凝土护坦、60 m长浆砌块石护底，护底末端至翼墙间护坡采用浆砌块石护砌。

1.2 挡洪闸

闸室上游(洪泽湖侧)设构造消力池，长20 m、深50 cm，其后为10 m长的混凝土防渗护坦和34 m长的混凝土护底，末端为抛石防冲槽；下游(站侧)设15 m长透水护坦，其后为45 m长混凝土护底。

1.3 进水闸

闸室上游(入江水道侧)设钢筋混凝土防渗护坦，其后为30 m长灌砌块石护底，护底末端与翼墙间的护坡采用混凝土护砌；下游(站侧)设构造消力池，长13.5 m、深60 cm，其后为40 m长的灌砌块石护底，末端为抛石防冲槽，防冲槽外5 m至翼墙间护坡采用灌砌块石护砌。

2 计算分析方法

洪泽站有2套发电装置[2]，一是泵站岸墙内水轮机发电，流量为30 m3/s；二是泵站主机组反转发电，流量为150 m3/s。本文主要就两者共同发电工况下对其建筑物消能防冲及引河抗冲能力进行复核。

2.1 计算工况

消能防冲复核应选择可能最不利工况所对应的水位、流量进行计算，根据洪泽站发电特征水位进行不利组合，并结合水位组合形成水头差所确定的发电流量，形成以下消能防冲水位、流量组合(表1)。

表1 消能防冲水位、流量组合

2.2 建筑物消能防冲复核方法

根据《水闸设计规范》(SL265—2016)[3]，建筑物消能防冲按附录B进行计算，其中主要包括消力池计算，分别为消力池深度计算、消力池长度计算、消力池底板厚度计算、海漫长度计算及海漫末端河床冲刷深度计算。

2.3 引河防冲复核方法

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288—99)附录F《渠道允许不冲流速》进行引河的允许不冲流速计算。按引河土质表F-1或F-2得水力半径R=1时的允许不冲流速，当R≠1时，表中数值要乘以Rα。α按土质情况取值：疏松的壤土、黏土α=1/3～1/4，中等密实和密实的壤土、黏土α=1/4～1/5，非黏土α=1/3～1/5。

站上引河河床土质主要是由A层粉质黏土、②层粉质黏土、④层粉质黏土、重粉质壤土组成，属黏性土，α按中等密实和密实的壤土、黏土进行取值，取α=1/5；站下引河河床土质主要是由②层粉质黏土、④层粉质黏土、重粉质壤土以及④’层重粉质沙壤土、轻粉质壤土组成，属黏性土，α按中等密实和密实的壤土、黏土进行取值，取α=1/5。

3 计算结果分析

3.1 建筑物消能防冲复核计算分析

3.1.1 泵站

根据消能防冲复核计算方法，得洪泽站泵站消能防冲计算结果(表2)。

数据处理采用Inpho全数字摄影测量系统软件，该软件全自动空三模块基于特征匹配和最小二乘匹配相结合的多级影像金字塔匹配算法，提供高精度、高性能、高效率的空中三角测量成果。匹配点不足区域需手工添加连接点，进行区域网平差时将GPS摄站坐标作为带权观测值引入光束法区域网平差中，测区内点位符合1∶2000数字正射影像图制作要求后输出空三加密成果。

表2 发电工况下泵站消能防冲计算成果

泵站上下游水位差较大，由于是发电工况，其势能大部分转化为电能，采用水闸规范所提供的消能计算方法已不适用，考虑到站下水深较大，而尾水流速也很低，因此认为站下消能能够满足要求。由表2可知，泵站下游在工况1、工况2、工况3消能防冲均能满足要求，最不利组合工况4会造成海漫末端轻微冲刷，冲刷深度约0.41 m。

3.1.2 挡洪闸

根据消能防冲复核计算方法，得洪泽站挡洪闸消能防冲计算结果(表3)。

表3 发电工况下挡洪闸消能防冲计算成果

由表3可知，挡洪闸在4个工况下的消能防冲均满足要求。

3.1.3 进水闸

根据消能防冲复核计算方法，得洪泽站进水闸消能防冲计算结果(表4)。

表4 发电工况下进水闸消能防冲计算成果

由表4可知，进水闸下游在工况1条件下消能防冲均满足要求，工况2、工况3、工况4条件下消能及海漫长度满足要求，但海漫末端河床会产生一定冲刷，工况4条件下冲刷深度较大，为1.24 m。

3.2 引河防冲复核计算分析

表5 发电工况下站上引河防冲计算成果

表6 发电工况下泵站与进水闸间引河防冲计算成果

表7 发电工况下进水闸前引河防冲计算成果

从表5～表7可知，各段引河在各个工况下的平均流速均小于允许不冲流速，满足河道不冲要求。但这里需要说明的是，进水闸前引河在工况4时，其平均流速已非常接近允许不冲流速，由于理论计算与实际计算总存在一定偏差，因此该段引河存在冲刷可能。

3.3 计算结果

综合以上4种工况下建筑物消能防冲复核计算及引河防冲复核计算分析，可知挡洪闸及站上引河在各工况下消能防冲均满足要求。各工况下的消能、海漫长度均满足要求，海漫末端河床除工况4有轻微冲刷外，其余工况均不存在冲刷问题。由于海漫长度较长，其末端河床轻微冲刷不会影响建筑物安全。进水闸闸下在各工况下的消能、海漫长度均满足要求，海漫末端河床除工况1不产生冲刷外，其余工况均会产生不同程度的冲刷，冲刷深度在0.34～1.24 m，由于海漫长度较长，其末端河床轻微冲刷不会影响建筑物安全。站下引河各工况下的平均流速均小于允许不冲流速，满足河道不冲要求，但进水闸前段引河在工况4时仍存在冲刷可能。

4 结 语

洪泽站反向发电时，为了确保相关建筑物及引河安全，提出如下建议。

(1)严格控制发电运行条件，当洪泽湖水位低于12.5 m或高于13.63 m，进水引河口水位低于7.5 m或高于10.0 m时，应停止发电。

(2)当站下水位较低或站上水位较高时，可适当控制发电流量，以满足建筑物及引河的防冲要求。

不同工况的控制流量见表8。

表8 不同工况流量控制

(3)定期检查泵站站下和进水闸闸下海漫末端冲刷情况，若发现冲坑[4]，以抛石填平即可。