东风水电站泄洪洞泄流原型观测分析2013925385154625.docVIP

东风水电站泄洪洞泄流原型观测分析 1?工程概况 东风水电站位于贵州省清镇、黔西县交界的乌江干流甲鸭池河段上，距贵阳市88km，大坝采用混凝土双曲抛物线薄拱坝，坝顶高程978.0m，最大坝高162m，装机510MW，年均发电量24.2亿kwh。电站枢纽由大坝、泄洪系统、引水发电厂房等部分组成。 坝址区地质条件复杂，河谷狭窄，两岸岩体风化深约10～28m，距坝址190m处有F6断层及九级滩页岩出露。大坝的泄水建筑物由左岸泄洪洞、左岸溢洪道、坝身三个中孔和三个表孔组成，泄洪洞全长526.021m，为开敞式无压泄洪洞，主要由引渠段、闸室段、洞身段、出口消能工及护坦组成，进口采用堰式进水口，堰顶宽度12m，泄洪洞右侧通过圆弧形翼墙与溢洪道导墙相连。泄洪洞穿过地层为灰岩，埋深30～100m，进、出口边坡高度20～50m。 溢洪堰堰顶高程950.00m，设计挡水位970.00m。堰面曲线采用WES曲线，定型水头，堰面曲线方程，在WES曲线后由坡度为1:1的直线段与反弧段相连，反弧半径为10m。泄洪洞洞身全长466.5m，底坡为6.55%，断面型式为城门洞型，断面尺寸为12×17.5m。泄洪洞出口采用斜鼻坎消能工，挑坎高程905.609～916.378m，挑射角7.01°～33°。 东风泄洪洞从布置到体型设计虽然作了大量的计算分析及水工模型试验研究，并采取了相应的结构措施，但由于高速水流问题的复杂性，特别是对采用斜鼻坎型消能工的认识不足，因此有必要通过原型观测来检验设计成果，为电站安全运行提供可靠依据，并为今后同等规模的类似工程提供有价值的参考。 2?原型观测内容及测点布置 东风水电站设计洪水位为973.5m，此时泄洪洞的泄流量为2240m3/s，校核洪水位为977.53m，相应的泄流量为3560m3/s，挑坎附近最大流速达32m/s。由于洞身系缓坡，且空穴系数较大，预计不发生空蚀，但要求施工中必须严格控制不平整度。 2.1观测内容 原型观测的内容包括以下几方面:(1)进出口流态；(2)表面流速观测；(3)水舌轨迹；(4)脉动压力；(5)时均压力；(6)泄洪洞检查。 2.2测点布置 时均压力及脉动压力测试布置在斜鼻坎底板上。在底板中心线0+473.00m桩号处布置1#测点（即时均压力测点P1，脉动压力测点F1），在0+483.00m桩号处布置2#测点（P2，F2）；在偏离底板中心线靠左侧3m的0+493.00m处布置3#测点（P3，F3）。 3.2进出口流态及表面流速 3.2.1进口流态 (1) e=1/4闸门开度工况下流态 库中来流平顺，流线清晰，右导流墙头部略有绕流现象，但对进口流态并没有造成影响；闸门前左、右两侧水面各有一漩涡，两漩涡特点有所不同：左侧漩涡距闸门3～5m，距边墙约1m，强度时大时小，直径约50～100mm，表面呈漏斗状，右侧旋涡距闸门3～4m，距边墙约1m，强度较弱，表面呈波浪状，且有间歇性；闸门前水流表面有一段逆向水流，长度约1.5m；进口左边墙上游2m处有一残留障碍物，使水流在该处表面出现漩滚，进口左边原交通洞洞口平台水流在平台未端略有跌落。 (2)e=1/2闸门开度下流态 从流线看，进口水面流线并非直线，基本是从右侧绕向进口，右导墙头部绕流明显，并从头部未端起贴壁水流表面出现白色浪花，宽度为0.5～1.0m，沿程逐渐增大；表面水流在闸门前产生旋滚，其起始端在平面上呈弧线，旋滚发生后，水流表面有强烈波动和掺气现象，闸门前无明显漩涡；进口左侧平台水流有跌落现象，高差约30cm，障碍物对水流产生明显的绕流影响。 (3)闸门全开工况下流态 进口水流主要来自右侧，右导流墙头部绕流较严重，贴壁水流表面突降，水流绕过墙头后产生斜向表面旋滚，漩滚前沿与洞中线约呈30°夹角，旋滚现象沿程逐渐减弱，至闸门处基本消失，左侧残留物对进口左侧水流流态产生不利影响，主要是残留物阻挡水流，使进口及墙面水流发生紊乱；进口两侧水面均低于中部，原因是右侧绕流和左侧残留物阻挡所致。 总体看来，e=1/4时，在闸门前产生的两个漩涡强度不是很大，且不是贯穿性漩涡，所产生的振动强度不会太大，由于受边界影响产生的绕流现象，尤其是闸门全开泄量加大时，水流侧向和竖向收缩影响了表面水流的稳定，但无多大危害。 3.2.2出口流态 (1)e=1/4闸门开度工况下流态 从消能工水舌形态分析，可分为清水区、表面掺气区、喷射跃射区、内缘水舌落水区、雾化形成区。 出口水舌流量集中于左侧，出洞时水面已掺气，水面一片白，掺气后水面破碎。距洞出口45m左右水舌开始跌落，呈喷射状，水流被对流空气撕碎，呈棉团状抛落。水舌头部宽度大约25m左右。水流中部到右边墙，水流出洞时有明显清水区，沿水流流程，该区逐渐缩小呈尖三角形状，长度约30m，而后消失。水舌清水区右侧为表面掺气区，掺气程度与左