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      中橋水庫泄水建筑物泄洪消能設(shè)計(jì)

      2014-10-19 01:43:34申洪波張文勝
      水利建設(shè)與管理 2014年8期
      關(guān)鍵詞:水力學(xué)消力池壩址

      申洪波,張文勝

      (遵義水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,貴州遵義 563002)

      1 工程概況

      中橋水庫工程位于貴州省遵義市中心城區(qū)東北面,地處湘江左岸支流仁江下游新田灣河段內(nèi),壩址距仁江河口13.6km,距遵義市城區(qū)中心21.0km。工程是以城市供水和農(nóng)田灌溉為主,兼顧集鎮(zhèn)及農(nóng)村人畜飲水的中型水利樞紐工程。

      壩址處河谷呈基本對(duì)稱的“V”形斜向河谷結(jié)構(gòu),河谷寬高比為2.9~3.1。河床高程768.50~765.50m,河床寬約25~35m。壩址區(qū)左岸除穹窿狀山體基巖裸露外,其余多為第四系覆蓋層覆蓋,河床內(nèi)多覆蓋第四系沖洪積砂卵礫石。壩址區(qū)左、右岸巖層不對(duì)稱,巖層整體傾下游偏左岸,產(chǎn)狀 N10°~25°E/SE∠25°~45°,河床附近巖層產(chǎn)狀受構(gòu)造影響較零亂。溢洪道出露基巖主要為奧陶系中統(tǒng)十字鋪組上段灰色中至厚層含泥質(zhì)灰質(zhì)粉砂巖;在中后段多覆蓋厚度3~6m的殘坡積黏土夾碎石,巖體強(qiáng)風(fēng)化深度為7~9m,強(qiáng)度較低;出口段基礎(chǔ)出露地層巖性為粉砂巖,抗風(fēng)化及抗沖刷力較低,抗沖刷系數(shù)為1.4~1.6。

      水庫壩址以上流域面積598.2km2,多年平均徑流量31980萬m3,2000年一遇洪峰為3380m3/s,100年一遇洪峰為1830m3/s,30年一遇洪峰為1260m3/s。

      工程樞杻建筑物布置方案為:混凝土面板堆石壩+左岸開敞式設(shè)閘溢洪道+右岸放空兼沖沙隧洞+左岸放水隧洞。大壩為混凝土面板堆石壩,最大壩高56.5m,壩頂長146.0m,壩頂寬6.5m,大壩上游壩坡1∶1.4、下游壩坡1∶1.3。水庫總庫容7380萬 m3,工程等別為Ⅲ等,水庫規(guī)模為中型。大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇,消能防沖標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇(見圖1)。

      圖1 中橋水庫樞紐布置

      2 泄洪方案選擇

      大壩為混凝土面板堆石壩,根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件,左岸下游的緩坡臺(tái)地布置對(duì)布置溢洪道有利,故泄水建筑物布置于左岸。結(jié)合該工程實(shí)際情況,由于中橋水庫庫區(qū)淹沒較大,需設(shè)閘門控制水庫水位以減小淹沒,泄洪方案確定為岸邊開敞式設(shè)閘溢洪道。經(jīng)分析比較,考慮洪水全部通過的泄洪方案,結(jié)合大壩下游消能防沖影響,選擇了3孔9m×10m(b×h)、3孔8m×11m(b×h)及3孔7m×9m(b×h)表孔閘門共三組方案進(jìn)行了比較。三組閘門泄洪方案調(diào)洪計(jì)算成果見表1。

      表1 閘門比較調(diào)洪成果

      經(jīng)調(diào)洪計(jì)算,3組閘門均滿足泄洪要求,且三組閘門泄洪方案的結(jié)構(gòu)布置相差不大,都能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水力設(shè)計(jì)要求。三組閘門泄洪方案投資比較見下頁表2。經(jīng)綜合比較,選擇3孔8m×11m表孔為該工程泄洪方案。

      表2 閘門方案投資比較

      3 溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      結(jié)合壩址左岸地形地質(zhì)條件,溢洪道緊鄰大壩左壩段布置,包括引水渠、溢流段、泄槽段、消力池段及出水渠段,總長297.0m。

      引水渠長64m,渠底高程為798.00m,底坡 i=0.0,寬55.0~29.0m。溢流堰為WES實(shí)用堰,溢流面曲線方程為Y=0.0637X1.85,曲線段后接反弧與泄槽段相接,反弧半徑 25.0m,反弧角度 31.9°,堰頂高程801.00m,溢流堰凈寬24m,設(shè)3扇8m×11m(b×h)弧形工作鋼閘門。溢流堰上閘墩中墩寬2.5m,頭部為半圓形,閘墩長20.80m。為避免閘墩尾部水流交匯形成水翅,在水流表面形成沖擊波,需在中墩末端設(shè)置圓弧曲線型式的分流墩。分流墩寬2.5m,高8(上游)~12.39m(下游),其頂部和下部沿閘墩方向的長度分別為4.84m和9.92m,頂部圓弧半徑10m,底部圓弧半徑40m。

      泄槽段分三段,底坡 i=20%,首端長 6m,寬29.0m,收縮段長44m,收縮角度為4.55°,收縮段后槽寬22m;泄槽末端20.5m處底坡i=39%,邊墻通過扭面由直墻變?yōu)?∶0.2的梯形斷面與消力池銜接。在泄槽尾部與消力池連接部位設(shè)了三個(gè)長9.7m,寬3m、末端高3.8m的分流趾。消力池長66.0m,為梯形斷面,底寬22m,兩側(cè)墻坡度為1∶0.2,底板高程為767.00m,池深3.0m。經(jīng)水力計(jì)算并結(jié)合水力學(xué)模型試驗(yàn)結(jié)果,在消力池首端20m處設(shè)了三個(gè)消力墩,消力墩寬3m,上游面直立高度為5m,頂部水平,沿順?biāo)鞣较蜷L1m,下游側(cè)坡比1∶1,沿順?biāo)鞣较蜷L6m。在消力池出口處設(shè)尾坎,尾坎高2m,頂寬2m,上游面鉛直,下游側(cè)坡比為1∶1。尾坎后接出水渠,出水渠長53m,渠底首端寬22.0m,底板高程768.00m。消力池平面布置見圖2,縱剖面見圖3。

      圖2 消力池平面布置

      4 水力學(xué)計(jì)算及模型試驗(yàn)成果

      4.1 泄流能力

      表孔堰頂高程801.00m,堰型為WES實(shí)用堰,單孔溢流寬度8.0m,泄流公式采用:

      泄流能力計(jì)算成果和水力學(xué)試驗(yàn)成果見表3。

      表3 溢洪道泄流能力理論計(jì)算及水力學(xué)試驗(yàn)成果

      從表3可知,在相同水位的情況下,水力學(xué)模型試驗(yàn)成果的下泄流量值均大于理論計(jì)算值,溢洪道泄洪能力滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)洪水的下泄要求。

      4.2 設(shè)計(jì)體型模型試驗(yàn)

      各工況下庫區(qū)水流平穩(wěn),溢洪道進(jìn)口水流流態(tài)平順,左側(cè)的邊坡較好地調(diào)整了進(jìn)入控制段的水流,右側(cè)導(dǎo)墻上游端擾流輕微。溢洪道中墩下游增設(shè)分流墩后水流流態(tài)平順,水翅現(xiàn)象小,下泄水流沖擊波弱。消力池內(nèi)形成淹沒水躍,出消力池水流和下游河道銜接較好。各工況下堰面壓強(qiáng)分布正常,堰面的最小壓強(qiáng)為0.3×9.8kPa,反弧段的最大壓強(qiáng)為12.14×9.8kPa,消力池內(nèi)底板最大壓強(qiáng)為27.08×9.8kPa。下游河道的水位隨著溢洪道下泄流量的增大而升高,在溢洪道出口區(qū)域,水流流速相對(duì)較大。下游河道水流流速最大為5.89m/s,出池單位水體攜帶的余能小,消力池消能效果好,對(duì)下游兩岸坡影響較小,不會(huì)危及大壩安全。

      5 結(jié)語

      西南地區(qū)河流多屬山區(qū)型河流,峽谷地貌,在骨干水源建設(shè)中,泄洪建筑物在整個(gè)工程投資比重中占有很大比例,如何選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的泄洪建筑物設(shè)計(jì),對(duì)于加快骨干水源工程的建設(shè)有著積極意義。該工程泄洪建筑物在閘墩尾部設(shè)置分流墩,消除了閘墩尾部水流交匯形成的水翅。通過在泄槽末端入池部位增設(shè)分流趾、消力池內(nèi)設(shè)置消力墩,達(dá)到了在消力池內(nèi)形成穩(wěn)定水躍。出池水流和下游水位的良好銜接,解決下游消能防沖問題,確保了工程的安全,提高了工程的效益。

      水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(四川大學(xué)).貴州省遵義市中橋水庫溢洪道及放空洞水工模型試驗(yàn)研究報(bào)告[R].

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