小灣水電站水力學(xué)原型觀測試驗(yàn)方案研究

■李洪波，吳婷婷 ■華能瀾滄江水電有限公司小灣水電廠，云南 大理 675702

小灣水電站樞紐建筑物由混凝土雙曲拱壩、右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)和泄水建筑物組成。工程屬大Ⅰ型一等過程，永久性水工建筑物為一級建筑物。電站裝機(jī)容量4200MW，壩頂高程1245m，壩基最低高程953．0m，是目前世界上最高的混凝土拱壩之一。泄水建筑物由壩身5個開敞式泄洪表孔、6個泄洪中孔、2個放空底孔左岸1條泄洪洞、壩后水墊塘及二道壩等部分共同組成聯(lián)合泄洪消能系統(tǒng)，小灣水電站工程最大下泄流量為20700m3/s，最大水頭225m，相應(yīng)下泄功率46060MW，高水頭大流量的泄洪消能和壩身泄洪振動問題十分突出。因此，對小灣水電站樞紐建筑物進(jìn)行水力學(xué)原型觀測試驗(yàn)是必要而緊迫的。而清晰明確的觀測方案對于水力學(xué)原型觀測試驗(yàn)顯得更為重要。

1 觀測項(xiàng)目設(shè)計(jì)

小灣水電站水力學(xué)原型觀測主要進(jìn)行泄洪洞水力學(xué)觀測、壩身表孔及其組合水力學(xué)觀測。泄洪洞的觀測項(xiàng)目主要有:出口挑坎水流及水舌形態(tài)、過流面不平整度調(diào)查、過流面空蝕空化、動水壓力、臨底流速、摻氣濃度、風(fēng)速、空腔負(fù)壓、水面線等水力參數(shù)。溢流表孔的觀測項(xiàng)目主要有:溢流表孔水力參數(shù)、振動、水墊塘水力參數(shù)、兩岸霧化等水力參數(shù)。

2 觀測項(xiàng)目研究

小灣水電站水力學(xué)原型觀測試驗(yàn)工況組合及對應(yīng)觀測項(xiàng)目如表1所示。

表1 小灣水力學(xué)原型觀測工況組合及對應(yīng)觀測項(xiàng)目

觀測要求:在水力學(xué)原型觀測試驗(yàn)時，水流空化噪聲的采樣頻率應(yīng)不低于500kHz，采集數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行時域分析、頻域分析及1/3倍頻程分析;脈動壓力的采樣頻率應(yīng)不低于200Hz，采集數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行最大、最小、均方根、主頻、功率譜等分析;每種工況電測部分至少進(jìn)行3次重復(fù)觀測，以保證數(shù)據(jù)的可靠性;實(shí)施觀測前后應(yīng)分別進(jìn)行系統(tǒng)初值與終值設(shè)定和校核;觀測系統(tǒng)應(yīng)配備統(tǒng)一的時標(biāo)信號，以保證相關(guān)測站觀測數(shù)據(jù)采集與分析的同步要求。

3 觀測資料處理

在水力學(xué)原型觀測試驗(yàn)中，把各種隨機(jī)的水流現(xiàn)象看成是一個各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)的隨機(jī)過程，對它的數(shù)據(jù)處理采用各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機(jī)數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行。數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容應(yīng)滿足對不同監(jiān)測量的分析要求:(1)水下噪聲需作1/3倍頻程功率譜分析和時間波形分析，必要時還應(yīng)進(jìn)行互相關(guān)分析;(2)動水壓力需作時均值、標(biāo)準(zhǔn)差和功率譜分析;(3)水流流速、通氣井風(fēng)速、摻氣濃度、空腔負(fù)壓、降雨量(電測部分)等需作時均值和標(biāo)準(zhǔn)差分析;(4)脈動需作時均值、標(biāo)準(zhǔn)差和功率譜分析，對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并與模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對比。

資料分析應(yīng)選取觀測工況下各參量的最大幅值、平均值和主要頻率及其功率譜曲線、典型波形曲線等，同時根據(jù)觀測成果對工程安全提出相關(guān)建議。觀測資料的整編分析和信息反饋應(yīng)堅(jiān)持“四隨”原則，即隨觀測、隨記錄、隨計(jì)算、隨校核。

具體操作流程見下圖1。

圖1 觀測資料整理、分析和反饋流程

4 結(jié)論

小灣水電站汛期泄流量大，本文推薦的水力學(xué)原型觀測方案目標(biāo)明確，措施得當(dāng)，能夠解決水力學(xué)原型觀測遇到的難題，提高通水力學(xué)原型觀測的質(zhì)量，從而增強(qiáng)水力學(xué)觀測的效果。

［1］高儀生，汪世鵬，陳?。艉訋r樞紐水力學(xué)原型觀測及檢查成果［J］．長江科學(xué)院院報(bào)，2003，5(10):18-20．

［2］林可冀劉永川．安康水電站泄水建筑物的水力學(xué)原型觀測［J］．水力發(fā)電 1999，1(1):12-17．