猴子巖水電站截流模型試驗研究及原型觀測對比分析

宋 方 剛，　馬 旭 東，　戴 光 清，　丁 治 平

(國電大渡河流域水電開發有限公司，四川 成都　610041)

猴子巖水電站截流模型試驗研究及原型觀測對比分析

宋 方 剛，馬 旭 東，戴 光 清，丁 治 平

(國電大渡河流域水電開發有限公司，四川 成都610041)

摘要：本文以猴子巖水電站截流試驗模型研究與猴子巖水電站工程截流水文資料觀測分析為基礎，將模型試驗結果與原型觀測結果對比分析，得到二者之間的異同，以及出現差異的原因，以期為后續山區河道截流工程提供理論指導和實踐經驗。

關鍵詞：猴子巖水電站；模型試驗；原型觀測；對比分析

1 工程概況

1.1猴子巖水電站概況

猴子巖水電站位于大渡河干流上游，是大渡河干流水電規劃調整“三庫22級”的第9個梯級電站，上接丹巴電站，下接長河壩電站。正常蓄水位為1 842 m，相應庫容為6.62億m3，水庫總庫容7.06億m3，死水位為1 802 m，調 節 庫 容 為

3.87億m3，電站具有季調節 能 力。裝 機 容 量

1 700 MW(425 MW×4臺)，多年平均年發電量74.53億kWh。電站采用壩式開發，樞紐建筑物主要由攔河壩、兩岸泄洪及放空建筑物、右岸地下引水發電系統等組成。

1.2截流模型試驗概況

猴子巖水電站模型試驗研究委托四川大學，根據電站壩址區地形圖和模型設計圖，制作模型試驗。按工程進度需要，經分析研究決定，重點研究單戧堤截流方案、寬戧堤截流方案和雙戧堤截流方案，通過模型試驗，得到了不同流量、不同截流方案下龍口水力學指標，以綜合評價截流難度，推薦合理的截流方案。即：在流量不大于570 m3/s時，推薦采用單戧截流。在流量大于等于570 m3/s時，推薦采用雙戧截流。單戧堤截流進占過程中，宜采用上挑角的進占方式。雙槍截流過程中，宜上、下戧堤同時進占，但進占方向相反，龍口位置交錯，進占速度相同。

1.3截流施工及原型觀測概況

截流時段及原型觀測的時段從4月2日開始至4月6日結束，水力學要素觀測主要在截流合龍階段。整個截流施工及原型觀測從2日19點開始，5日15點結束，歷時64小時。截流實施采用模型試驗推薦的單戧堤截流方案，采取雙向預進占。在整個截流過程中，來水流量變化范圍為233～373 m3/s，龍口最大流速達9.85 m/s,最大落差為9.72 m。該電站圍堰截流的難度較高，主要表現在陡坡降、高流速、大落差、窄戧堤、單向進占、高流速持續時間長。

2模型試驗成果與原型觀測成果對比分析

2.1導流洞分流能力

截流龍口水力學指標與導流洞的分流能力直接相關，同時也是截流難易程度的主要影響指標，其主要影響因素為隧洞進口圍堰是否完全拆除。截流施工中，在實施截流之前拆除導流隧洞進口圍堰，一般是采用爆破或反鏟開挖方式，由于水下施工，故一般該進口圍堰均不能完全拆除，均會留有一定的殘埂。該殘埂在截流初期會一定程度影響導流隧洞泄流能力，甚至影響截流初期的截流難易程度。猴子巖水電站河道截流過程中，導流洞泄流能力原型觀測值與模型試驗值對比如圖1所示。對比分析圖內數據，可得到以下結論：

(1)實際截流過程和模型試驗，導流隧洞泄流能力整體變化規律基本吻合，均隨導流隧洞進口水位升高而逐漸增大，基本呈線性規律。

(2)實際截流過程中，在截流初期，導流隧洞水位在1 700.3 m～1 701.1 m范圍時，導流隧洞泄流能力小于對應水位的模型試驗中隧洞泄流能力，說明截流施工中導流隧洞進口圍堰沒有完全拆除，一定程度地影響了導流隧洞泄流能力。

圖1　導流隧洞泄流能力對比

2.2龍口流速變化規律

截流原型觀測和模型試驗中，不同龍口水面寬度下，龍口內流速變化規律如圖2所示，原型觀測中，限于時效性和非恒定性等影響因素，無法完整觀測龍口內流場分布，僅觀測了龍口水流表面最大流速，根據圖內數據表明，模型試驗中實測龍口平均流速小于最大流速，并小于原型觀測中流速，二者不具有可比性，故主要對比最大流速。分析圖內數據可得到以下主要結論：

圖2　不同龍口水面寬下龍口流速對比

(1)原型觀測中最大流速與模型試驗中最大流速處于同一數量級，且變化規律基本相同。

(2)原型觀測中最大流速9.85 m/s，對應流量309 m3/s，龍口水面寬14.4 m，模型試驗中流量為570 m3/s和740 m3/s時，對應最大流速為9.11 m/s和9.49 m/s，對應水面寬分別為12 m和15 m。從以上數據結果對比分析，原型觀測和模型試驗龍口最大流速和水面寬較為接近，均位于龍口出現倒三角時段，但原型觀測中流量遠小于模型試驗流量。分析原因有兩方面，一方面我們采取對比分析，由于最大流速和測點關系較大不具備可比性，一般采用平均流速作對比。另一方面，最大流速與落差有關，與流量關系不大。模型試驗中計算了滲透流量，而原型觀測中對滲透流量未作計算。

(3)截流施工中，當龍口流速達到最大流速9.85 m/s之后，由于戧堤無規律坍塌等因素，龍口和水面寬度會增大，從而致使流速會相對減小，但仍然大于8.0 m/s。

不同龍口流量下，模型試驗及原型觀測中，龍口最大流速對比如圖3所示，圖內數據表明：

圖3　不同龍口流量下龍口流速對比

(1)在區間A范圍內(流量260 m3/s～135 m3/s)，最大流速原型觀測值小于模型試驗值，但最大流速原型觀測值卻隨流量減小而逐漸增大，主要原因在于雖然龍口流量相同，但二者水面寬度存在差異，對應的龍口落差和單寬流量均存在差異，且模型試驗值大于原型觀測值。

(2)在區間B范圍內(流量130 m3/s～41 m3/s)，最大流速原型觀測值和模型試驗值位于同一量級范圍內，且B區內出現了最大流速極值，極值后隨龍口流量減小，最大流速也相應減小，同時也說明在截流最困難區段內，龍口流量和導流隧洞泄流能是時決定截流難度的主要影響因素。

(3)區間C是龍口流速急速減小區段，同時也是截流施工度過困難段之后的最終合龍時段，該區段內龍口流量減小，但由于落差增大而流速相對較大。原型觀測中高流速區段持續時間會長于模型試驗中高流速區段。

2.3龍口落差變化規律

不同水面寬度和不同龍口流量下，原型觀測和模型試驗中龍口落差變化規律如圖4、圖5所示。具體分析圖內數據可得到以下結論：

圖4　不同龍口水面寬度下龍口落差對比

圖5　不同龍口流量下龍口落差對比

(1)截流落差隨龍口逐漸縮窄和龍口流量減小而逐漸增大，同時也受上游來流量影響。

(2)實際截流施工過程中，由于戧堤的無規律坍塌等因素，截流龍口會出現不進反退的狀態，但其截流落差會持續增大，基本不會減小。

(3)在水面寬度10.5 m之前，龍口落差原觀值會始終小于模型試驗值，原因在于模型試驗流量大于實際截流流量。

(4)在龍口寬度出現不進反退的10.5 m～15.9 m時段內，龍口流量相對減小，但其截流落差卻增大，甚至大于模型試驗值。而在相同龍口流量區間內，龍口落差原型觀測值始終小于模型流量值。其主要原因為：該時段內水面寬度增加是由于左岸預進占戧堤坍塌引起的，而左岸預進占戧堤坍塌后會由布置在左岸的備料填補，并且水位的變化存在有一定的時差，導流隧洞進口水位和戧堤上游水位持續增加，分流量增大，戧堤下游水位降低，所以在水面寬度增大的同時，龍口流量減小、截流落差依然增大。

2.4龍口單寬功率變化規律

不同龍口水面寬度下，龍口單寬功率原型觀測值和模型試驗值如圖6所示，分析圖內數據可得到以下結論：

圖6　不同龍口水面寬度下龍口單寬功率對比

(1)在龍口寬度大于11.8 m時段內，單寬功率原型觀測值均小于模型試驗值，原因在于模型試驗流量遠大于實際截流流量，模型試驗中的截流落差，單寬流量值均大于對應的原型觀測值。

(2)在龍口寬度在11.8 m～8.5 m區段內，為本次截流最困難時段，戧堤進占有一個不進反退的過程，但原型觀測中該區段內單寬功率峰值大于對應龍口寬度下時的單寬功率值。

(3)在龍口寬度小于8.5 m后，單寬功率原型觀測值始終大于試驗流量為570 m3/s下對應的單寬功率值。

3模型試驗與截流實施對比分析結論

通過對比截流施工及實測參數與模型試驗參數并進行分析得出結論如下：

(1)根據工程進度安排，截流時段選擇在2011年的4月份，設計流量為3月份20年一遇洪水流量506 m3/s，實際截流流量為233 m3/s～373 m3/s，均小于模型試驗時最小流量570 m3/s。按照模型試驗結論，本工程實際截流方式為單戧堤立堵進占方案，戧堤布置在上游圍堰軸線前40 m，戧堤高選擇1 706 m(模型試驗中推薦高程基本相當)，且未采取拋石護底措施，工程截流實施基本順利且與模型試驗預測結果一致。

(2)對比原型觀測和模型試驗中各項水力學指標表明：原型觀測中各項水力學指標變化規律與模型試驗成果基本符合，說明模型試驗能夠指導實際河道截流施工。

(3)由于模型試驗流量遠大于原型觀測中流量，而二者對應的龍口單寬功率卻大小基本相當，甚至原型觀測值大于流量為570 m3/s下對應的

單寬功率。分析原因為原型觀測中導流洞分流能力比模型分流能力差，導致原型與模型單寬功率接近。說明在河道截流施工中會具有更大的龍口單寬功率，故在山區河道截流中需考慮更大的截流難度。

(4)在施工中，根據工程現場的實際情況，及時果斷決策是模型試驗成果促使截流成功的關鍵。2011年4月2日，根據大渡河臨近汛期、來水量逐步加大的情況，及時決策啟動了截流各項工作; 4月5日上午，根據截流龍口的實際條件，及時調整了拋投方向和適當向上游側加寬右岸戧堤，從而避開了左岸戧堤的薄弱部位，確保了截流順利成功。分析觀測資料可知，主要是選擇在臨近汛期前實施圍堰分流，上游由于下雨及冰雪融化，流量在5日8時，來水突漲并超過570 m3/s，且一直持續。

(5)導流洞分流效果不明顯。在截流戧堤處，河道主流位于河床中央，在天然情況下導流洞分流比約占總流量的9.4%。而觀測結果顯示，導流洞分流7.00 m3/s，分流比僅為2.62%，分流效果不明顯。分析得出導致實際分流困難的原因是導流洞殘埂增加了過水難度。

宋方剛(1984-)，男，陜西西安人，碩士，工程師，處長，現在國電大渡河流域水電開發有限公司從事大型水電站施工管理工作；

馬旭東(1984-),男，四川達州人，工學博士，現在四川大學水利水電學院從事博士后研究工作；

戴光清(1954-),男，四川成都人，工學博士，四川大學教授(博導)，主要從事水工水力學，流體量測技術領域研究；

丁治平(1985-)，男，陜西安康人，碩士，現在國電大渡河電力工程有限公司從事項目管理工作.

(責任編輯：卓政昌)

金沙江水電開發質量檢查專家組檢查烏東德籌建工程建設

2015年3月23至27日，由中國工程院院士張超然、鄭守仁、馬洪琪等13位專家組成的金沙江水電開發質量檢查專家組來到烏東德工地實地檢查籌建工程建設質量，這是專家組第二次赴烏東德檢查工程籌建情況。專家組集中查勘了籌建工程現場，查閱大量基礎資料，認真聽取了參建各方的匯報，分組與參建各方進行了專題交流，對質量保證體系建設和執行、以及籌建工程質量進行了全面檢查。同時，專家組還針對部分籌建工程項目的重大技術問題進行了專題咨詢，提出了指導性的意見和建議。

收稿日期:2015-03-20

文章編號:1001-2184(2015)02-0103-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7；TU317+.1

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