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理论研究中坝子水电站表孔泄洪消能建筑物体型试验研究2010年第2期

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中坝子水电站表孔泄洪消能建筑物体型试验研究

熊建宁张志雄

(重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆400020)

【摘要】对中坝子水电站表孔泄洪消能建筑物布置体型进行试验研究，得出在河谷狭窄地区的中小拱坝表孔设计时，可采用宽尾墩体形使水舌在纵向范围扩散，充分利用消能空间与水体，避免平尾墩的边孔横向扩散水流冲砸岸坡，既适应了不同流量洪水泄洪的要求，又使消能率得到大幅度提高，消能防冲流量泄洪时冲坑深度可减小27.2%。

【关键词】拱坝；表孔；宽尾墩；挑流消能

【中图分类号】TV135.2【文献标识码】A【文章编号】1008-1305(2010)02-0035-04

1概述

中坝子水电站位于重庆市城口县境内任河右岸一级支流畔河中下游。坝址距城口县城约10.8km,距陕西岚皋县约40km,主要功能为发电、供水和防洪。建筑物主要由拦河坝、泄水建筑物、引水隧洞、调压井及发电厂房组成。大坝建筑物为混凝土双曲拱坝，坝顶高程954.00m,坝顶宽4.00m,设计最大坝高81.00m。大坝主要采用三孔溢流表孔泄流，溢流表孔为WES曲线堰，溢流堰顶高程942.00m,每个溢流表孔宽7.0m。设计下泄流量为Qp=2%=924m3/s,校核流量Qp=0.2%=1360m3/s,消能防冲流量Qp=3.3%=834m3/s;水电站装机容量25MW。原设计采用平尾墩差动布置方式，中孔溢流面采用折线连接，溢流高程为934.50m,两侧孔采用反弧连接，溢流高程为936.00m。

坝址位于河流“几”字形凸起的顶部河段上，坝址处河谷狭窄，河床底宽20～50m,高程881~887m。坝址相对高差大于1000m,属构造剥蚀一侵蚀中山峡谷地形。坝址河谷走向与岩层走向斜交，为斜向谷，河谷剖面形态为基本对称V形；坝轴线950m高程河谷宽约110m,宽高比值1.8。

坝址出(揭)露地层为青白口系龙潭河组(Qb??)[原前震旦系跃岭河群(Zy)]下部层凝灰岩夹凝灰质砂岩，基岩抗冲系数：弱风化1.3～1.4,微风化1.1～1.2,在河床及两岸斜坡分布有第四系全新统(Q?)河流冲积、崩、残坡积层。

文献研究表明有些百米左右的双曲拱坝工程最大泄洪流量已达到或超过4000～5000m3/s,从控制工程总投资的角度出发，其下游河道未设消力池(或水垫塘)。由于本工程经济指标较差，为节省投资，拟取消水垫塘。但受河道狭窄地形的限制，可供表孔使用的溢流前缘宽度比较小，采用表孔泄洪，必将导致河道冲淤问题严重。如何对泄流表孔进行体形设计，是一个非常值得探索研究的课题。

2试验结果

2.1原设计体型试验结果

城口中坝子水电站泄流表孔原设计布置见图1和图2。表孔单孔宽度7.0m,最大单宽过流量为64.8m2/s,采用连续挑坎时，试验发现挑坎末端水

作者简介：熊建宁(1976年一),女，工程师。

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深为3.9m,流速16.8m/s,依此计算水流弗劳德数Fr=2.7。较小的弗劳德数与拱坝泄洪向心集中问题叠加，对水流挑距与入水时的能量分散必然产生一定影响。原设计方案的水舌流态见图3,三孔水流呈“品”字形落入下游河道，两侧孔由于有挑坎而挑距较大，落水点位于坝趾下游38.7~44.2m范围，而中孔挑距在坝趾下游31.95~34.0m范围内。空中水舌呈宽扁形，两边孔水流在空中交汇，边孔水舌易冲砸下游岸坡，水舌落点集中。原设计方案时不同洪水的河道冲淤溢流中心地形剖面线见图4。从图4中可以看出，冲坑深度达21.3m,最深点距离坝脚不足45m,坑深与坝脚距离之比为1:2.11,对大坝的结构稳定造成影响。

图1原设计表孔体型平面布置

图2原设计表孔体型剖面

通过试验结果表明，原设计表孔体型的不足之处主要表现为以下几点。

图3溢流流态(设计流量)

图4下游冲刷剖面

(1)采用连续挑坎或横向扩散的挑流鼻坎可以满足中小洪水消能防冲的设计要求，但大洪水泄洪时，单宽流量与出口水深比较大，水流Fr数偏小，水舌挑距短，落点距离坝脚比较近，水流入水后形成的集中冲刷坑比较深。

(2)下游河道比较窄，不足20m,原设计的三表孔方案的溢流前缘宽度超过29m,两边孔水舌冲砸岸坡问题较严重。

2.2修改体型