張 琦，張新榮

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春 130021）

1 工程概況

大藤峽水利樞紐工程是西江流域黔江干流上的一座以防洪、航運(yùn)、發(fā)電、水資源配置、灌溉等綜合利用的大型水利樞紐工程，工程等別為Ⅰ等，規(guī)模為大（1）型。水庫總庫容34.79×108m3，防洪庫容15.00×108m3，電站裝機(jī)容量1 600 MW，8臺(tái)機(jī)組，多年平均發(fā)電量60.62億kW·h。

工程施工導(dǎo)流采用二期導(dǎo)流方式，一期導(dǎo)流先圍左岸，江水由束窄后的右岸河床過流；二期導(dǎo)流圍右岸，江水由一期建成的泄水建筑物過流。二期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)：下游圍堰建筑物級(jí)別為4級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為大汛20年重現(xiàn)期洪水；上游圍堰建筑物級(jí)別為3級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為大汛50年重現(xiàn)期洪水。截流洪水標(biāo)準(zhǔn)為11月份5年重現(xiàn)期洪水，設(shè)計(jì)截流方式采用從右岸一側(cè)單戧堤進(jìn)占，立堵截流方式。

2 數(shù)值模擬目的及內(nèi)容

2.1 目的及意義

工程二期截流具有來流大、隨機(jī)性強(qiáng)，截流河段水面寬、深，截流工期緊張、拋填工程量大且強(qiáng)度高，截流方式受交通條件制約等特點(diǎn)、難點(diǎn)。二期截流作為工程關(guān)鍵線路上的重要節(jié)點(diǎn)，能否順利截流將直接影響主體工程的建設(shè)工期及后期工程效益的發(fā)揮。為保證工程的順利開展，根據(jù)工程進(jìn)展情況及進(jìn)度計(jì)劃安排，利用水力計(jì)算軟件為分析手段，對(duì)不同工況條件下的二期截流過程進(jìn)行數(shù)值模擬，為二期截流方案的設(shè)計(jì)及決策提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 內(nèi)容

二期截流受截流時(shí)段、龍口寬度、流量大小、相關(guān)建筑物布置等諸多因素影響，其方案的制定是一個(gè)復(fù)雜的過程。為明確各類因素對(duì)工程截流的影響，根據(jù)目前工程建設(shè)情況，對(duì)各種可行的截流方案進(jìn)行數(shù)值模擬，重點(diǎn)模擬不同截流方案下的戧堤上下游水位變化、龍口處流速分布和龍口分流情況，分析不同因素對(duì)二期截流的影響。模擬內(nèi)容：預(yù)進(jìn)占時(shí)段，一期圍堰拆除情況、預(yù)留龍口寬度對(duì)二期截流的影響；截流時(shí)段，一期圍堰拆除情況、龍口寬度、截流時(shí)段流量對(duì)二期截流的影響。

3 數(shù)值模擬

3.1 軟件選擇

目前，國際上用于洪水模擬的軟件很多，每一款軟件都有其特點(diǎn)及優(yōu)勢，近年來，隨著數(shù)值模擬技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中的不斷推廣，洪水模擬軟件逐漸被應(yīng)用于工程中[1，2]。其中，丹麥水資源及水環(huán)境研究所（DHI）開發(fā)的MIKE軟件應(yīng)用廣泛且技術(shù)成熟，故此次選用MIKE系列中的水動(dòng)力學(xué)模塊MIKE21進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算分析[3]。

3.2 模型構(gòu)建

3.2.1 模擬范圍

模型計(jì)算范圍的合理選擇對(duì)于保證模擬結(jié)果可靠準(zhǔn)確、提高模型計(jì)算效率起著關(guān)鍵性的作用，此次選取上游距壩址1.90 km地形變化相對(duì)平緩處作為上邊界，下邊界選擇下游距壩址2.65 km有實(shí)測水位流量關(guān)系的河道橫斷面處。

3.2.2 模型構(gòu)建

1）數(shù)字地形構(gòu)建：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及實(shí)測地形資料，將數(shù)據(jù)進(jìn)行批量處理統(tǒng)一形成高程散點(diǎn)，對(duì)模擬區(qū)域采用非結(jié)構(gòu)化三角網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格剖分，局部重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密，最大網(wǎng)格10.0 m，最小0.5 m，并利用高程散點(diǎn)對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行差值，構(gòu)建二維數(shù)字地形。

2）水文邊界條件：模型上邊界選用流量邊界，下邊界采用壩址下游2.65 km處河道橫斷面的實(shí)測水位流量關(guān)系，見圖1。

圖1 壩址下游2.65 km河道橫斷面水位與流量關(guān)系曲線

3.2.3 參數(shù)選擇

數(shù)值模擬是基于淺水方程的平面二維自由表面流動(dòng)模擬，河道糙率是影響模擬結(jié)果精度的主要參數(shù)，考慮河道糙率不僅與河床自身的形狀、粗糙程度有關(guān)，還隨流量的大小而變化，隨著一期圍堰、縱向圍堰及泄水閘等水工建筑物的修建，河道受人類活動(dòng)影響改變較大，利用原河道實(shí)測天然水面線成果對(duì)現(xiàn)狀河道糙率進(jìn)行率定誤差較大。根據(jù)河床岸壁特性及河段平面形態(tài)，參考《水力計(jì)算手冊（第二版）》[4]并結(jié)合水工建筑物分布情況，選取0.035作為河道綜合糙率。

3.3 模擬工況

此次主要模擬預(yù)進(jìn)占和截流兩個(gè)時(shí)段，研究不同龍口寬度、上游來水流量及一期圍堰拆除高程對(duì)截流區(qū)戧堤上下游水位、龍口處流量流速分布、河道分流比等方面的影響。

根據(jù)工期安排，預(yù)進(jìn)占時(shí)段采用10月上旬設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水，相應(yīng)流量4 350 m3/s。截流時(shí)段通常安排在枯水月份的下旬，模擬流量工況：11月下旬5年重現(xiàn)期洪水，相應(yīng)流量2 380 m3/s；考慮存在提前截流可能，補(bǔ)充10月下旬5年重現(xiàn)期洪水，相應(yīng)流量3 870 m3/s；受一期圍堰拆除高程影響，存在小流量來水時(shí)大部分水流從地勢相對(duì)較低的龍口流出的不利情形，故增加枯水流量1 050 m3/s截流模擬工況。

4 模擬結(jié)果及分析

4.1 預(yù)進(jìn)占時(shí)段

預(yù)進(jìn)占時(shí)段各工況數(shù)值模擬計(jì)算成果見表1。

表1 預(yù)進(jìn)占時(shí)段各工況計(jì)算成果統(tǒng)計(jì)表

據(jù)表1計(jì)算成果，發(fā)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，當(dāng)預(yù)留龍口寬度為100 m，一期圍堰拆除至25 m高程時(shí)，戧堤上游水位為28.59 m，落差1.16 m，最大流速為4.29 m/s，龍口流量1 748 m3/s，當(dāng)一期圍堰拆除至23 m高程時(shí)，戧堤上游水位降低4 cm，龍口最大流速減小0.06 m/s，龍口流量減少55 m3/s，可見，上游來水較大時(shí)，河道水位整體偏高，遠(yuǎn)高于一期圍堰拆除高程區(qū)間，圍堰拆除后高程對(duì)于龍口分流量影響較小，戧堤上游水位、龍口流速變化不大。故一期圍堰拆除情況對(duì)于龍口水位、流速分布影響不顯著。

龍口寬度對(duì)于分流比影響顯著，當(dāng)一期圍堰拆除至25 m高程，隨著龍口寬度由200 m縮減至100 m，龍口分流比從96.7%減小至40%，龍口水位落差、流速等水利要素隨寬度的減小而逐漸增加。雖然預(yù)進(jìn)占龍口寬度越大，龍口處水位落差、流速等水利要素指標(biāo)越低，但為了利于后期龍口合龍，充分利用泄水閘分流，預(yù)留龍口寬度宜越小越好。依據(jù)模擬結(jié)果，當(dāng)預(yù)留龍口寬度100 m時(shí)，龍口處水位落差、最大流速不大，故預(yù)留龍口寬度為100 m是較為合適的。

4.2 截流時(shí)段

截流時(shí)段各工況數(shù)值模擬計(jì)算成果見表2。

表2 截流時(shí)段各工況計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)匯總表

依據(jù)表2計(jì)算成果，隨著截流洪水流量的增加，龍口處戧堤上下游水位成總體上升趨勢，戧堤上游最高水位出現(xiàn)在截流洪水流量3 870 m3/s，龍口寬度剩余20 m，一期圍堰拆除至25 m高程工況，但龍口最大流速卻并未出現(xiàn)在此工況，枯水流量工況龍口處落差、流速均較大，龍口處水利要素受截流洪水流量和一期圍堰拆除情況共同影響。

龍口寬度大小直接影響戧堤上下游水位的高低，當(dāng)龍口寬度較寬時(shí)，戧堤上下游水位偏低并數(shù)值接近，龍口處落差較??；當(dāng)龍口寬度減小時(shí)，戧堤上下游水位總體上升，但龍口處落差逐漸增大。

當(dāng)截流洪水流量較大時(shí)，一期圍堰拆除高程對(duì)于戧堤上下游水位、龍口處流速的分布影響較??；當(dāng)截流洪水流量較小時(shí)，一期圍堰拆除高程對(duì)于戧堤上下游水位、龍口處流速分布影響較大，主要是由于隨著流量、水深的增加，一期圍堰對(duì)于水流的阻礙程度越來越低。

5 結(jié)語

依據(jù)各截流方案模擬成果分析，對(duì)于大藤峽水利樞紐工程二期截流方案，預(yù)進(jìn)占時(shí)段，由于上游來水量大，一期圍堰拆除高程對(duì)于龍口處水位、流速分布影響不大，為利于后期截流工程合龍，預(yù)留龍口寬度100 m較為合適；截流時(shí)段，當(dāng)來水量較小時(shí)，一期圍堰拆除高程影響龍口分流量明顯，宜先將一期圍堰拆除至23 m高程。此外，在11月下旬截流優(yōu)于在10月下旬，建議在11月下旬開展截流。