红桥水电站扩容改造拦河闸面流消能研究.docx

2014年第33卷第2期·DWRHE水利水电工程设计·47·

红桥水电站扩容改造拦河闸面流消能研究

黄智敏陈卓英钟勇明朱红华

摘要在综合红桥水电站拦河闸面流消能试验成果的基础上，对低水头拦河闸平底堰和实用堰2种堰型面流流态进行分析。试验表明，低水头拦河闸溢流堰出口设置小挑角θ(0=10°~15°)、适当降低出口挑坎顶及下游河床面高程之后，有利于面流流态的形成，降低了面流运行所需的闸下游最小水深的要求，同时扩大了溢流堰面流运行的下游水深区间，有利于工程的安全运行。

关键词拦河闸溢流堰面流体型消能研究红桥水电站

中图分类号TV131.6文献标识码A文章编号1007-6980(2014)02-0047-03

1工程概况

红桥水电站位于广东省北江水系一级支流的溺江中游河段，是一座以发电为主，结合灌溉等三等中型工程。红桥水电站坝址处原修建有一滚水坝，坝顶高程为79.6m,滚水坝下游采用面流消能，坝址下游约11km处建有英华水电站。为了增加坝址上游水位、增大电站装机容量和发电量，拟拆除现有的滚水坝和旧电站，在原坝址处重新修建拦河闸和电站。

红桥水电站扩容改造工程主要包括重建拦河闸、电站及两岸连接土坝等。电站坝址以上流域面积为3121km2,拦河闸正常蓄水位为81.0m(珠基，下同),设计洪水频率为30年一遇(P=3.33%),校核洪水频率为100年一遇(P=1%)。坝址区域河道宽120~150m,河床面高程72.0~75.0m。坝址处河道覆盖层较浅，弱风化基岩面高程71.0~72.0m。

新建的拦河闸共8孔，单孔净宽12m,闸孔泄流总净宽96m,溢流前缘总宽度为114.4m。设计初拟方案的拦河闸室堰型为平底宽顶堰，堰顶高程74.0m,经综合考虑现有滚水坝泄流消能方式、闸址地质和闸下游水位等条件之后，本次扩容改造的拦河闸泄流仍采用面流消能。

为了论证拦河闸溢流堰型的合理性，开展了拦河闸水力模型试验研究，模型为1:48正态模型。本文介绍红桥水电站拦河闸扩容改造工程面流消能试验研究成果，供类似工程设计和运行参考。

2设计初拟方案运行试验

2.1方案布置

设计初拟方案的拦河闸堰型为平底宽顶堰，

闸底高程74.0m,闸室长度为15.5m,采用面流消能方式。根据坝址区域的地质资料，拦河闸下游河床面高程按照72.5m高程模拟(见图1)。

又74.0

72.5

0+005.50+015.50

0+005.50

+015.50

0+0000+012

0+000

0+012

图1平底堰方案布置图(单位：m)

2.2运行流态及分析

在维持拦河闸上游水位为正常蓄水位(Z=81.0m)条件下，分别进行了8孔闸不同闸门开度的运行试验。试验表明：在各级闸门开度(e=0.25~2.0m)泄流运行时，出闸水流呈自由出流，由于闸下游水深较小，出闸水流呈射流状汇入下游河道水流中，形成急剧的翻滚水流，闸下游形成不稳定的底流或波状流流态，主流靠近闸下游河床的底部区域，水闸跌坎下游附近区域的底流速达2.1~5.4m/s(桩号0+022—0+040),有可能会对拦河闸基础造成冲刷破坏，不利于工程的安全运行(见图2)。

0+000水位)y76.7748(流速)

0+000

水位)

0+010+0300+045闸门开度e=1.5m流速单位：m/s水位单位：m

0+01

0+030

0+045

图2平底堰泄流流态和流速分布

为了判别拦河闸下游的面流形态，由面流各区界水深的计算公式四(见式(1)~(3))和红桥水电

·48·水利水电工程设计DWRHE·2014年第33卷第2期

站拦河闸测试的水力参数(如出闸泄流单宽流量q、下游水位Z和水深h?等),计算出各区界水深与闸下游相对水深h/h进行比较。

(1)(2)(3)

式中：h——发生自由面流流态的最小下游水深，即第1区界水深的上限值；

h?——从自由面流或混合面流转变为淹没混合面流的最小下游水深，即第2区界水深的上限值；

h?——第3区界水深，定义为保持淹没混合面流或淹没面流流态、而不形成潜流

(或底流)的最大下游水深；a——跌坎高度；

P——坝高，可取P=H+a-1.5