錦屏二級水電站進水口縱向圍堰安全性研究

林俊峰 李 坤

1 工程概況

四川雅礱江錦屏二級水電站進水口工程縱向圍堰根據地形及結構條件，充分利用原始地形線，根據設計斷面進行填筑施工形成。進水口圍堰軸線長248.60 m，圍堰堰頂高程為1 641.00 m，圍堰頂寬5.00 m，圍堰最大斷面高約22.6 m，內外側坡比均為1∶1.4，圍堰堰體防滲采取塑性混凝土防滲墻，防滲墻深入 T13巖層0.5 m以下，塑性混凝土防滲墻厚80 cm。為防止水流對圍堰外側沖刷及圍堰過水后影響圍堰穩定，在圍堰外側整個迎水坡面設置鋼筋石籠進行防護，圍堰內側采用干砌石護坡進行防護。

電站進水口施工圍堰為4級建筑物，擋水標準按12月～次年4月洪水頻率 P=10%設計，Q=1 010 m3/s，相應原始狀態天然河道水位為1 639.34 m。圍堰設計時考慮河床積渣影響，并充分考慮下游攔河閘壩圍堰及本工程圍堰束窄河床造成水位壅高，堰頂高程定為1 641.00 m。圍堰過水度汛標準按全年洪水頻率P=5%設計，Q=8 850 m3/s。

2 模型設計與制作

2.1 模型設計

根據模型試驗任務的要求，為了更好的反映本圍堰工程實際情況，本模型試驗選定模型比尺λl=50和λh=50的正態模型。根據相似原理理論，模型相似包括水流運動相似、泥砂運動相似。

2.2 模型制作與驗證

本次模型試驗模擬河道總長約1.8 km，進水口縱向圍堰以上約0.75 km，進水口縱向圍堰以下約0.85 km。模型由進水量堰、前池、試驗段、尾水調節、回水溝等部分組成。模型全長約40.0 m，寬5.0 m。在地形圖上每50 m布設一制模斷面，并在局部地形變化較大的區域，加密控制點，以保證模型與原型的幾何相似。在整個模型制作過程中，進行河道主槽，主要控制點反復校對與修改，在制作完成后全面進行檢查，取水河段高程誤差在0.05 m(原型)以內，平面誤差均在0.10 m(原型)以內。不存在系統誤差，模型與原型是幾何相似的。

2.3 流量控制

來流流量采用無側收縮矩形薄壁堰對來流量進行控制和測量。

3 試驗成果

3.1 試驗方案說明

根據本次模型試驗的兩個主要目的(縱向圍堰前水位流量關系與縱向圍堰的沖刷情況)，收集到影響該兩個問題研究的主要相關因素如下:1)攔河閘壩圍堰擋水與施工期泥砂淤積。攔河閘壩圍堰擋水與施工期泥砂淤積均能造成縱向圍堰前水位抬高，而對縱向圍堰的沖刷會起到一定緩解作用，故模型試驗中主要考慮其對縱向圍堰前水位抬高方面的影響。2)縱向圍堰下游支流溪口灘的清淤。對電站進水口下游支流溪口灘進行一定的清淤，可以改善庫區泥砂淤積狀況，故模型試驗中主要考慮其對縱向圍堰的沖刷加劇方面的影響。

3.2 流態

1)各級流量下縱向圍堰前水流較平順。2)由于縱向圍堰對河床有一定束窄，縱向圍堰上游端頭部有一明顯壅水，在來流為4 000 m3/s左右時最明顯，而縱向圍堰下游端尾部靠右岸側有一定回流。3)縱向圍堰下游支流溪口灘清淤后縱向圍堰段水位明顯下降，水流流速明顯增大。

3.3 縱向圍堰前水位流量關系

1)考慮攔河閘壩圍堰擋水以及施工期泥砂淤積情況后，縱向圍堰前水位有一定增加，來流量為1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s時增幅分別約為3.30 m，5.32 m與5.70 m。2)由于縱向圍堰對河床有一定束窄，縱向圍堰上游端頭部有一明顯壅水，按2008年度汛考慮，來流量為 1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s時壅水高度分別為0.25 m，1.05 m與0.95 m。3)當來流量為電站進水口圍堰擋水設計標準 P=10%，Q=1 010 m3/s時，按2008年度汛考慮，堰前水位為1 636.18 m;按攔河閘壩圍堰擋水以及施工期泥砂淤積情況考慮，堰前水位為1 639.23 m。

3.4 縱向圍堰前流場觀測

1)縱向圍堰下游支流溪口灘清淤后縱向圍堰段水流流速明顯增大，來流量為4 000 m3/s時平均增幅較大，局部增幅超過1.5 m/s。2)來流量為1 010 m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到2.61 m/s與3.04 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到2.30 m/s與2.69 m/s左右。3)來流量為4 000 m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到4.52 m/s與6.01 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到4.23 m/s與4.62 m/s左右。4)來流量為8 850 m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到6.24 m/s與6.73 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到4.13 m/s與 4.46 m/s左右。

3.5 縱向圍堰沖刷保護

模型試驗對錦屏二級電站進水口縱向圍堰分別進行了拋石粒徑為0.75 m～1.0 m與0.50 m～0.75 m的拋石防護試驗。試驗來流量分別為1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s。試驗觀測得到，使用0.75 m～1.0 m大小塊石對圍堰進行防護，各級流量下均能保證圍堰不沖刷，使用0.50 m～0.75 m大小塊石對圍堰進行防護，基本能夠確保圍堰不沖刷。綜上所述，若錦屏二級電站進水口縱向圍堰過水度汛標準按全年洪水頻率 P=5%(Q=8 850 m3/s)設計，模型試驗認為縱向圍堰可以采用 0.50 m～0.75 m大小塊石對圍堰進行護坡與護腳防護，同時建議在圍堰上游端頭部轉彎頂水段以及圍堰端尾部局部適當加大拋投塊石粒徑。

4 結語

1)各級流量下縱向圍堰前水流較平順。縱向圍堰下游支流溪口灘清淤后縱向圍堰段水位明顯下降，水流流速明顯增大。2)考慮攔河閘壩圍堰擋水以及施工期泥砂淤積情況后，縱向圍堰前水位有一定增加，來流量為 1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s 時增幅分別約為3.30 m，5.32 m與5.70 m。3)由于縱向圍堰對河床有一定束窄，縱向圍堰上游端頭部有一明顯壅水，按2008年度汛考慮，來流量為1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s時壅水高度分別為0.25 m，1.05 m與0.95 m。4)縱向圍堰下游支流溪口灘清淤后縱向圍堰段水流流速明顯增大，來流量為4 000 m3/s時平均增幅較大，局部增幅超過1.5 m/s。5)來流量為1 010m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到2.61 m/s與3.04 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到2.30 m/s與2.69 m/s左右。6)來流量為4 000 m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到4.52 m/s與6.01 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到4.23 m/s與4.62 m/s左右。7)來流量為8 850 m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到6.24 m/s與6.73 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到4.13 m/s與4.46 m/s左右。8)根據模型試驗對縱向圍堰段流速觀測結果，可得到各級流量下縱向圍堰前底部流速最大值約為4.0 m/s～4.5 m/s，故認為錦屏二級進水口縱向圍堰采用鋼筋石籠進行防護是可行的。9)若錦屏二級電站進水口縱向圍堰過水度汛標準按全年洪水頻率 P=5%(Q=8 850 m3/s)設計，模型試驗認為縱向圍堰可以采用0.50 m～0.75 m大小塊石對圍堰進行護坡與護腳防護，同時建議在圍堰上游端頭部轉彎頂水段以及圍堰端尾部局部適當加大拋投塊石粒徑。

[1] 張 力.長河壩電站右岸高邊坡安全防護網設計與施工[J].山西建筑，2009，35(21):361-362.