新疆哈熊沟水电站泥沙冲淤分析.docx

·16·水利水电工程设计DWRHE·2013年第32卷第3期

新疆哈熊沟水电站泥沙冲淤分析吕会娇郑慧洋袁淮中禹胜颖

摘要对新疆玛纳斯河哈熊沟水电站工程进行了泥沙模型试验研究。研究了水库泥沙淤积及排沙运行方式，拦河坝泄水孔的泄流能力，下游消能防冲等问题。研究了淤损后的有效库容能否满足工程要求，为设计的进一步优化和运行提供了科学依据。

关键词泥沙模型试验泥沙淤积排沙运行泄流能力消能防冲

中图分类号TV131.6文献标识码A文章编号1007-6980(2013)03-0016-03

1工程概况

哈熊沟水电站工程主要建筑物包括碾压混凝土重力坝、发电引水系统和电站厂房。重力坝包含左岸非溢流坝段、表孔和底孔坝段、右岸非溢流坝段，坝顶高程1173.00m,最大坝高57.0m,坝顶长144m。溢流表孔为1孔布置，孔净宽8m,由控制段、斜坡段、消能段组成。控制段为开敞式WES型实用堰，堰顶高程1162.00m,单孔最大泄流能力为441m3/s。泄洪底孔分2孔布置，进口底板高程1136.0m,孔口尺寸5.0m×5.0m(宽x高),由进口有压段、弧形闸门、斜坡段，挑流消能段组成，2孔最大泄流能力为1048m3/s。水库库容879万m3,引水系统全长8.047km,电站采用岸边式地面厂房，电站总装机容量90MW。大坝设计洪水标准为50年一遇，相应的洪峰流量为858.0m3/s,设计洪水位为1170m;校核洪水标准为500年一遇，相应的洪峰流量为1470.0m/s,校核洪水位为1171m;正常蓄水位为1170m,汛期限制水位为1165m。

哈熊沟水库多年平均入库沙量(1980—2008年)为420万t,其中悬移质沙量350万t,推移质沙量70万t,多年平均径流量(1954—2008年)为10.55亿m3,多年平均悬移质含沙量为3.32kg/m3。哈熊沟水库正常蓄水位1170m以下原始库容842万m3,库沙比仅为2.7,属泥沙问题严重型工程。

哈熊沟水电站库容较小，入库沙量较大，泥沙对电站的运行影响大，试验主要研究水库泥沙淤积及排沙运行、拦河坝泄水孔泄流能力、下游消能防冲问题等对工程的效益和安全的影响，研究淤损后的有效库容能否满足工程要求，为设计的进一步优化和运行提供科学依据。

2模型设计与制作

模型模拟范围上至坝轴线上游3km,下至坝轴线下游0.5km,全长约3.5km。主河槽护坦以下0+132.1(高程从-40m铺设)—0+240(与原河床相接)为动床模拟范围。模型电站进水口、表、底孔及建筑物底板用有机玻璃制作，边墙用有机玻璃和水泥沙浆抹面制作。库区原地形用水泥沙浆抹面制作。考虑模型模拟相似性，选定模型为平面比尺α?=α?=40的正态模型。

2.1水流运动相似

流速比尺：

流量比尺：α?=αza?α,=10119.3

阻力比尺：α?=α2/a=1.852

2.2悬沙运动相似

悬沙粒径比尺：式中

α=α,α/αz

含沙量比尺：

悬沙冲淤变形时间比尺：

采用窦国仁公式计算泥沙的起动流速，原型及模型悬沙在不同水深情况下的起动流速及比值见表1,水库库区悬移质泥沙级配曲线见图1。

2.3推移质运动相似

推移质泥沙粒径比尺：

3试验研究成果分析

3.1清水试验成果

3.1.1泄流能力

·17·吕会娇等·新疆哈熊沟水电站泥沙冲淤分析

·17·

表1原型及模型悬沙起动流速及比值

原型

模型

0

h,/m

vm/(cm·s-)

h/m

0m/(cm·s-1)

5

156.22

12.5

26.5

5.89

8

201.17

20

31.77

6.33

10

227.42

25

34.91

6.51

15

285.0

37.5

41395

6.79

20

335.04

50

48.23

6.94

注：原型沙：dm=0.02mm,y.=2650kg/m3,Bx=1.6cm3/2;模型沙：dg=0.015m,y=1450kg/m3,e?=0.35cm3/s2。

小于某直径的沙重百分教/%

小于某直径的沙重

百分教/%

粒径/mm

图1水库库区悬移质泥沙级配曲线

校核工况下，上游水位为1171.0m,泄洪底孔下泄流量Q=1132.6m3/s,比设计计算流量大9.3%;表孔下泄流量Q