导截流整体水工模型试验成果报告.docx

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导截流整体水工模型试验成果报告

施工导截流水工模型试验研究报告

*****

2004年10月

1工程概况………………………………………………………………………………5

2试验目的及要求………………………………………………………………………6

3试验依据………………………………………………………………………………6

4模型设计与制造及验证试验…………………………………………………………7

5试验内容及成果分析…………………………………………………………………9

5.1一期导流试验………………………………………………………………………9

5.2二期导流试验………………………………………………………………………13

5.3截流试验……………………………………………………………………………16

6结论和建议…………………………………………………………………………18

7附图、表、照片……………………………………………………………………20

1工程概况

***水电站位于***境内，是***综合利用规划6个梯级中的第4个梯级。

坝址位于***上游约6.2km处，上游36.2km为***枢纽工程坝址，下游31km为已完建的***枢纽，距***约49.5km，距离***约95km。

***坝址以上集雨面积1.575万km2，占***流域面积的84%。

每年3月进入洪水期，9月进入枯水期，历年实测最大洪峰流量为13100m3/s，历年实测最小流量为30.50m3/s，枯水期多年平均流量为190m3/s。

坝址处正常水位河床宽约263m，主河道位于左岸，河床从左至右逐渐抬高，河床左侧高程23m，右侧河床高程约30m，河床右岸有较厚的卵石层分布，左岸山体雄厚，植被茂盛，岸坡较陡。

表1坝址各级洪水频率及相应水位表

洪水频率P（%）

0.1

0.2

0.5

1.0

5.0

10

20

50

流量（m3/s）

27100

25000

22200

20100

15000

12800

10400

7090

水位（m）

48.50

47.50

46.10

45.00

42.16

40.88

39.41

37.33

表2施工洪水成果表

流量（m3/s）

施工时段

5%

10%

20%

50%

9月1日至次年3月31日

4770

3870

3030

1830

9月1日至次年2月28日

4200

3390

2590

1540

10月1日至次年3月31日

4290

3440

2610

1570

10月1日至次年2月28日

3550

2770

2050

1030

10月1日至次年12月31日

2820

2200

1520

630

1月1日至次年3月31日

3630

2910

2200

1150

***水电站是一座以发电为主，结合航运及其他的综合水利工程，水库正常蓄水位42m，相应库容0.73亿m3，死水位41.50m，相应死库容0.68亿m3，水库具有短时调节能力。

本工程的主要建筑物有：

右岸接头坝、船闸、发电厂房、溢流坝及左岸接头坝等建筑物。

大坝顶高程51.10m，溢流坝段长度243m，溢流坝最低建基面高程22.50m，最大坝高28.60m，最大底宽22m。

共设14个溢流孔，每孔净宽14m，堰型采用平顶堰，堰顶高程27.50m。

非溢流坝段总长83m。

其中左岸接头重力坝段长27m，右岸接头重力坝段长56m。

发电厂房布置在溢流坝右侧，安装转轮直径为5.20m的灯泡贯流式水轮发电机组3台，单机容量为20MW，总容量为60MW。

船闸布置于右岸，为单线船闸，闸室尺寸：

长×宽×水深=80m×12m×2m，上游引航道长约158m，下游引航道长约271m。

施工导流方案：

施工导流采用两期三段的导流方案；一期围河道右侧及滩地，施工一、二期结合闸坝纵向混凝土导墙、11#～14#闸坝、厂房、船闸和右岸非重力坝段。

二期围河道左侧，施工1#～10#闸坝及左岸非重力坝段。

2试验要求及目的

2.1率定原河床不同流量时上0+300m、0+000m、下0+300m的水位，观测流量为Q=1500m3/s、2610m3/s、10400m3/s。

2.2对施工导流各阶段通过不同流量时的流速、流态等水力条件进行观测，为进一步完善导流方案提供试验数据。

2.3对一、二期基坑施工期导流及通航条件等进行水力观测，对船舶通航的影响提出改进措施和意见。

对一、二期施工导流通航条件进行论证。

航道口门区水力条件控制指标一般为：

纵向流速V≤2.0m/s，横向流速V≤0.30m/s，回流流速V≤0.40m/s，航道要求最小宽度B≥32m，水深h≥2.0m。

2.4对导流建筑物（过水土石围堰）过水时的水力学条件进行观测，验证围堰结构形式是否满足设计要求，并提出改进和优化意见。

2.5通过截流模型试验，为设计提供合适的截流方案。

3试验依据及量测仪器

3.1试验依据

3.1.1SL155—95《水工常规模型试验规程》。

3.1.2SL163.1—95《施工导流模型试验规程》。

3.1.3SL163.2—95《施工截流模型试验规程》。

3.1.4试验《合同书》、《任务书》及设计单位提供的相关图纸资料、修改通知等。

3.2量测仪器

3.2.1测流量仪器：

雷伯克量水堰。

3.2.2测水位仪器：

活动测针和固定测针。

3.2.3测流速仪器：

直读式电脑流速仪。

3.2.4测动水压力仪器：

钢直尺。

3.2.5模型安装用仪器：

经纬仪、水准仪。

以上仪器设备均经有关部门检定合格并在有效使用期内。

4模型设计与制造

4.1模型设计

本模型按重力相似准则进行设计，为正态定床（局部动床）导、截流整体水力学模型，其几何比例尺Lr=80，其他相应比尺如下：

流速比尺vr=8.94时间比尺Tr=8.94

糙率比尺nr=2.07流量比尺Qr=57243.30

重量比尺Wr=512000体积比尺Gr=512000

4.2模型制造

模型地形截取范围：

上游沿河道长700m，下游沿河道长1200m，模型最大高程为45m。

模型地形部分用断面板法安装，断面间隔50cm，用1∶2水泥沙浆抹面，其精度为±1mm，土石围堰的填筑料用d≤0.3m（原型粒径）的模型沙填筑，永久建筑物部分用水泥沙浆人工刮模或用上等木料精工制造并均经腊光，其精度为±0.3mm，

上游水位控制点：

X=0+250m，Y=上0+300m。

下游水位控制点：

X=0+350m，Y=下0+600m。

4.3模型水位率定

根据试验规程及设计单位要求，模型制造完毕后进行率定验正试验，率定流量为Q=1500m3/s、2610m3/s、10400m3/s，率定位置为上0+300m、0+000m、下0+300m。

率定成果见表3。

表3***导截流整体水工模型水位验证表

流量

（m3/s）

原型水位（m）

模型水位（m）

上0+300

坝线0+000

下0+300

下0+600

上0+300

坝线0+000

下0+300

下0+600

左

中

右

左

中

右

左

中

右

左

中

右

1500

33.07

32.96

32.85

32.75

33.18

33.11

（32.94）

33.00

33.05

33.01

32.85

33.03

32.98

（32.88）

32.84

32.97

32.93

（32.75）

32.87

2610

34.16

34.05

33.94

33.84

34.21

34.12

（34.00）

34.12

34.16

34.10

33.90

34.14

34.05

（33.87）

33.87

34.11

33.94

（33.84）

33.91

10400

39.52

39.41

39.30

39.20

39.65

39.56

（39.37）

39.54

39.62

39.52

33.30

39.66

39.51

（39.18）

39.26

39.60

39.43

（39.20）

39.36

说明：

“括号”内的水位为测针筒水位，其它为活动测针水位。

***坝址河段属于弯道河段，主流偏左，从表3中知，水位左高右低，其横向水位差为0.2m～0.3m。

模型水位与原型水位比较接近甚至相等，大多数相差5cm～8cm，最大偏差0.2m左右，各流量各断面有所不同，当Q=1500m3/s、2610m3/s、10400m3/s时，0+000断面，模型水位分别比原型水位高5cm、5cm和11cm；上0+300m断面，模型水位分别比原型水位高4cm、－4cm和4cm；在下0+300m断面，模型水位分别比原型水位高13cm、11cm和21cm。

可见，模型水位略高于原型水位，但偏差不大，说明模型地形制作精度满足试验要求。

5试验内容及成果分析

5.1一期导流

5.1.1试验内容

5.1.1.1测量不同流量时上下游水位及水面线。

5.1.1.2观测不同流量时左侧束窄河道流态、流速分布等。

分析左河道束窄后的通航水力条件、围堰的冲刷情况、岸边与纵向围堰的防护措施。

5.1.1.3测定闸坝纵向围堰（导墙）及上下游围堰沿程水面线。

5.1.1.4测定围堰过水工况时各部位的流速、流态、水位等。

并测定其动水压力（仅测上游围堰2个断面）。

5.1.1.5提出改善优化的措施和意见。

5.1.2试验成果及分析

一期导流试验共分三种工况进行试验。

5.1.2.1工况1原设计方案

（1）基本情况

开工第一年的枯水期先进行右岸一期半年土石围堰的填筑，由束窄后的左侧河道导流和通航，施工一、二期共用的纵向混凝土围堰（导墙）、11#～14#坝、厂房及船闸等。

半年土石围堰上游围堰堰顶高程及纵向围堰堰顶高程为35.90m，下游围堰堰顶高程为34.95m，顶宽均为7m，坡度均为1∶2，上、下游围堰与纵向围堰连接的圆弧段用钢筋笼保护。

详见图1。

一期半年土石围堰运用期为一个枯水期，时段为10月1日至次年的3月31日，其设计洪水标准为P=20%，相应的Q=2610m3/s，相应的上游水位为34.43m，下游水位为33.94m。

试验流量：

Q=1500m3/s、2000m3/s、2610m3/s，其中2610m3/s为导流标准流量。

（2）Q=2610m3/s时的流速、流态和水位

流速：

试验表明，上游围堰圆弧段最大流速为3.18m/s，纵堰左侧的最大流速为2.08m/s，下堰前圆弧段的最大流速为1.54m/s，上、下游围堰的圆弧段及纵堰左侧原设计已用钢筋笼保护，虽然流速较大，但未见有钢筋笼被冲刷起动之现象，上游围堰未保护部份的堰脚最大流速为2.5m/s左右，该围堰是用d≤0.3m的弃碴填筑而成，抗冲能力很低，试验中发现上游围堰未保护的部份有淘冲现象，因此建议，上游围堰在现有保护范围的基础上再向右延长保护25m左右。

下游围堰的堰前流速较小，可适当考虑缩短其保护范围，所有保护范围堰脚处的钢筋笼应有一定埋置深度的基础。

左岸边的最大流速为3.31m/s，估计对岸边的冲刷不会严重。

流态：

因河道缩窄，水流逐渐收缩，颈部流速明显上升，主流居于束狭段中部，上游围堰转角处水流紊动强烈，纵向围堰左侧在0+000断面以上形成回流，回流流速达1.63m/s，这股回流和纵向围堰左侧的紊流对纵堰脚的淘刷破坏力不能低估。

上下游围堰