HydroInfo在大藤峽水利樞紐一期導(dǎo)流計算中的應(yīng)用

李巍

（遼寧省冶金地質(zhì)四○五隊有限責任公司，遼寧鞍山114000）

HydroInfo軟件采用與水工模型相同的地形及水文參數(shù)，利用計算機的強大運算能力根據(jù)質(zhì)量守恒定律和牛頓第二定律導(dǎo)出的描述不可壓縮粘性水體運動的基本方程，即連續(xù)性方程和N-S方程，進行三維水面模擬，節(jié)省了大量時間及人力成本，為導(dǎo)流計算提供了新的思路。

1 工程概述

大藤峽水利樞紐是一座以防洪、航運、發(fā)電、水資源配置（補水壓咸）、灌溉等綜合利用的大型水利樞紐工程。大藤峽水利樞紐工程位于珠江水系西江流域黔江干流大藤峽出口處弩灘上，壩址位于大藤峽出口約2.2 km處，距下游廣西壯族自治區(qū)桂平市黔江彩虹橋約6.6 km，是紅水河梯級開發(fā)規(guī)劃中最末一個梯級電站。屬于紅水河梯級規(guī)劃中最末一個梯級。壩址以上集水面積19.86×104km2，約占西江流域面積的56.4%。壩址處年平均流量4 290 m3/s。

樞紐由擋水建筑物、泄水建筑物、河床式發(fā)電廠房、船閘、灌溉取水口及魚道等組成。水庫正常蓄水位61.00 m，死水位47.60 m。水庫總庫容34.79億m3，防洪庫容15億m3。船閘規(guī)模為3 000 t級，年過閘貨運量可達5 482萬t。電站裝機容量1 600 MW，8臺機組，多年平均發(fā)電量60.62億kW·h，保證出力365.8 MW。該工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大（1）型，泄水建筑物為1級建筑物。正常運用洪水重現(xiàn)期為1 000年，非常運用混凝土壩洪水重現(xiàn)期為5 000年，非常運用土石壩洪水重現(xiàn)期為10 000年，泄水閘消能防沖建筑物正常運用洪水重現(xiàn)期為100年。

大藤峽水利樞紐施工導(dǎo)流采用二期導(dǎo)流方式，2016年為一期導(dǎo)流。一期導(dǎo)流先圍左岸，江水由束窄后的右岸主河床過流，在一期子圍堰保護下施工圍堰，在圍堰的保護下，施工河床上的泄流低孔、高孔及左岸廠房。

2 模擬內(nèi)容和模擬工況

根據(jù)大藤峽水利樞紐工程2016年實際施工進度情況，2016年汛前無法完成右岸明渠擴挖，土石子圍堰也不能按原計劃拆除，因此一期束窄河床的過流條件與原設(shè)計成果差異較大，勢必對明渠內(nèi)流速、土石子圍堰及大汛圍堰的擋水水位帶來較大的影響?？紤]現(xiàn)場發(fā)生多次較大洪水，嚴重影響圍堰施工，為確保2016年工程安全度汛，并為束窄河床度汛措施決策提供科學(xué)依據(jù)，根據(jù)現(xiàn)狀過流條件，需開展一期束窄河床泄流計算，得出具體影響程度，提出各工況、各導(dǎo)流標準下的圍堰上下游擋水水位，以及明渠內(nèi)的水流流速及流態(tài)。

針對出現(xiàn)的問題，在水工模型試驗的同時，采用數(shù)學(xué)模型的方法，應(yīng)用HydroInfo軟件，對一期導(dǎo)流水流流場進行三維數(shù)值模擬，利用模擬計算得到的流場信息，分析評估現(xiàn)場面對可能發(fā)生的洪水預(yù)警時子圍堰和圍堰高程的合理性，適當加高子圍堰和優(yōu)先澆筑危險部位圍堰，防止基坑過水；比較子圍堰拆除與否對圍堰安全度汛的影響。

1）工況1：根據(jù)現(xiàn)場實際施工進度情況，右岸明渠不挖，利用子圍堰擋4月、5月洪水，束窄河床泄流，觀測子圍堰上下游擋水水位、束窄河床內(nèi)水流流速及流態(tài)，航跡線水位、流速及流態(tài)。

2）工況2：右岸明渠不挖，子圍堰不拆除，利用一期大汛圍堰擋水，束窄河床泄流。觀測一期大汛圍堰上下游擋水水位，及大汛50年、20年、10年導(dǎo)流標準流量時束窄河床內(nèi)水流流速及流態(tài)。

3）工況3：右岸明渠不挖，子圍堰拆除，利用一期大汛圍堰擋水，束窄河床泄流。觀測一期大汛圍堰上下游擋水水位，及大汛50年、20年、10年導(dǎo)流標準流量時束窄河床內(nèi)水流流速及流態(tài)，相應(yīng)流量同工況2。

3 模型設(shè)計

模型模擬原體壩軸線上、下游各5.5 km，共11.0 km范圍。利用設(shè)計提供的地形數(shù)據(jù)，根據(jù)天然河道（壩軸線下0+200，0+700，2+649，3+700，5+000位置，流量為650～79 000 m3/s）水面線成果在模型上進行了多次糙率驗證試驗，最終模型得到的水面線與實際基本吻合。

試驗在右岸明渠不擴挖的施工條件下，分別觀測了施工期子圍堰拆除與不拆除，子圍堰擋4，5月份和擋一期大汛洪水，由束窄河床泄流時，各工況的圍堰上下游和河床束窄河段的水流流速及水面線情況。

軟件建模邊界條件，子圍堰擋水局部模型，局部水流流場流態(tài)，根據(jù)不同數(shù)據(jù)資料，可電腦成圖，圖像清晰。子圍堰擋水成果，見表1，子圍堰拆除影響成果見表2，三維水面線模擬成果見表3。

4 分析與結(jié)論

根據(jù)模型的子圍堰擋水成果，可以了解各流量各個位置對應(yīng)水位，應(yīng)對即將到來洪水，對子圍堰進行加高，做到有準備積極應(yīng)對；根據(jù)子圍堰附近流速流場信息，考慮子圍堰抗沖刷能力，采取拋石防護措施；根據(jù)子圍堰拆除和不拆除模型得到對大汛圍堰度汛影響的結(jié)果，可以看出不拆子圍堰時河中位置流速較大，上游橫向圍堰附近水位差值隨著流量加大而減小，根據(jù)現(xiàn)場圍堰實際澆筑高程較緊張的情況及航運流速要求，建議拆除子圍堰；根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果與水工模型對比，結(jié)合現(xiàn)場實際指導(dǎo)應(yīng)用，該計算滿足指導(dǎo)導(dǎo)流的作用。

表1 子圍堰擋水成果表

表2 子圍堰拆除影響成果表

表3 三維水面線模擬成果對比表

該軟件在度汛期間，根據(jù)現(xiàn)場需要，隨時進行各種流量狀況下，水位流速等流場信息的計算模擬，方便快捷提供了科學(xué)的技術(shù)指導(dǎo)，在較為緊張的汛期提供了各方較為滿意的成果。

5 結(jié)語

此次三維水面模擬，在水工模型完成前得到成果，并于工地汛期進行使用指導(dǎo)，與水工模型結(jié)果以及實際現(xiàn)場水位測量比較，得到比較滿意的結(jié)果。應(yīng)對現(xiàn)場各種緊急度汛情況，及時提供各種工況下導(dǎo)流數(shù)據(jù)的需求，在以后其他類似工程導(dǎo)流中，HydroInfo提供了新的思路。