贛江井岡山航電樞紐泄洪調(diào)度模型試驗(yàn)研究

鄧冊(cè) 江西省路港工程有限公司

王志鵬 江西省港航建設(shè)投資集團(tuán)有限公司

1.引言

贛江井岡山航電樞紐主要由通航建筑物、電站廠房、泄水建筑物、過魚建筑物、兩岸擋水建筑物和右岸防護(hù)堤等組成，工程等級(jí)為二等1。樞紐具有洪水流量大，水庫(kù)庫(kù)容小，河谷寬淺，河流坡降小等特點(diǎn)。泄水建筑物采用混凝土平底閘型式，閘孔凈寬20.0m，閘墩厚3.0m，閘室寬度為36.0m，共23孔。根據(jù)導(dǎo)流需要由泄水閘隔堤分隔為左區(qū)8孔閘段和右區(qū)15孔閘段，總長(zhǎng)為535.0m。左區(qū)8孔泄水閘在船閘和泄水閘隔堤之間，右區(qū)15孔泄水閘在泄水閘隔堤和廠閘導(dǎo)墻之間。

根據(jù)工程布置特征（見圖1），泄水閘采用底流消能方式，消力池底板高程為56m，泄水閘上游隔堤頂高程為67.5m、長(zhǎng)為110m進(jìn)行布置。建立水工模型試驗(yàn)2，分析本樞紐泄流能力及導(dǎo)墻、隔流堤的水位差值特征，并根據(jù)分析提出優(yōu)化方案。

2.模型試驗(yàn)方案與泄流分析

本水工模型比尺為1：100，模型中的泄水閘、電站系統(tǒng)采用有機(jī)玻璃按幾何相似模擬制作。模型上游進(jìn)口前設(shè)置電磁流量計(jì)控制流量，沿程設(shè)置水位測(cè)站，下游2500m處的水尺為模型控制水位站，由尾水閘門調(diào)節(jié)水位。

2.1 試驗(yàn)工況

根據(jù)工程調(diào)度運(yùn)行可能采取的方案，樞紐泄洪能力試驗(yàn)包括23孔敞泄、右15孔敞泄和左8孔敞泄運(yùn)行方式。23孔敞泄流量由大到小分別為26100m3/s、24400m3/s、20400m3/s、18600m3/s、17300m3/s、16100m3/s、14100m3/s、11800m3/s、10000m3/s、8000m3/s和6000m3/s，共11組工況；右區(qū)15孔敞泄流量從18600m3/s至8000m3/s分級(jí)試驗(yàn)，共7組工況；左區(qū)8孔敞泄流量從10000m3/s至4000m3/s分級(jí)試驗(yàn)，共6組工況。試驗(yàn)時(shí)電廠關(guān)閉，下游控制水位采用閘后2500m天然河道計(jì)算水位值控制，并觀測(cè)記錄閘前1200m、5m和電站前測(cè)站水位。

2.2 泄流能力分析

通過模型試驗(yàn)，分析泄水閘23孔、右區(qū)15孔及左區(qū)8孔敞泄時(shí)流量與水位的關(guān)系，如圖2所示。由圖得知，在上述三種敞泄條件中，閘前與電站前的水位均隨流量增加而增大，并且在相同水位下，23孔敞泄時(shí)流量最大，左8孔敞泄時(shí)流量最小，由此得知，泄流能力：23孔敞泄能力大于右15孔敞泄，右15孔敞泄能力大于左8孔敞泄。在左8孔單獨(dú)敞泄時(shí)，因閘前上游隔堤對(duì)水流約束作用明顯，右側(cè)兩孔形成回流，閘前5m和電站前的跌水與涌浪較大，水流流態(tài)及水位均不穩(wěn)定，該處測(cè)站水位波動(dòng)較大難以記錄，故該處水位不作記錄與分析。

2.3 導(dǎo)墻與隔堤水位差分析

圖1 井岡山航電樞紐總體布置

圖2 樞紐泄流時(shí)流量～水位曲線

圖3 樞紐泄流時(shí)流量～水位差曲線

表1 船閘上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位差

根據(jù)泄流模型試驗(yàn)，得知在各工況條件下，廠閘導(dǎo)墻、泄水閘隔堤以及上游航道導(dǎo)墻兩側(cè)均存在水位差。由圖3得知，23孔敞泄時(shí)，泄水閘隔堤兩側(cè)水位差基本控制在1.1m范圍內(nèi)，船閘上游引航道導(dǎo)墻兩側(cè)水位差控制在0.5m范圍內(nèi)，泄流穩(wěn)定，泄流對(duì)隔堤及上游引航道導(dǎo)墻影響較小。右區(qū)15孔敞泄時(shí)，上游引航道導(dǎo)墻兩側(cè)水位差也較小，控制在0.25m以內(nèi)；當(dāng)泄洪流量小于8000m3/s（中洪水）時(shí)，泄水閘隔堤水位差不超過1m，說明中洪水期間，右區(qū)15孔敞泄穩(wěn)定，泄流對(duì)隔堤及上游引航道導(dǎo)墻影響也較小。左區(qū)8孔敞泄時(shí)，當(dāng)流量達(dá)到4000m3/s時(shí)，泄水閘隔堤兩側(cè)水位差就超過了2.5m，上航道導(dǎo)墻水位差超過1.2m，并且水面跌落明顯，水流涌浪大，對(duì)泄水閘隔堤及上游引航道導(dǎo)墻的穩(wěn)定性存在一定影響，特別是對(duì)上游引航道導(dǎo)墻（空箱體結(jié)構(gòu)）的影響。因此，在左區(qū)8孔泄水閘單獨(dú)敞泄時(shí)，需對(duì)泄流布置作一定優(yōu)化，原則上不建議左區(qū)8孔泄水閘單獨(dú)泄流運(yùn)行。

3.泄流布置優(yōu)化分析

根據(jù)左區(qū)8孔泄水閘敞泄試驗(yàn)，泄水閘上游堤頭繞流造成閘前跌水較大，在船閘上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外形成較大水頭差，影響閘孔泄流能力以及船閘導(dǎo)墻穩(wěn)定。試驗(yàn)對(duì)泄水閘上游隔堤布置進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化方案及試驗(yàn)工況如下所示。

（1）導(dǎo)流優(yōu)化方案：①頂高程67.5m，長(zhǎng)110m；②頂高程61.5m和67.5m組合，前段頂高程61.5m，后段頂高程67.5m，各長(zhǎng)55m；③頂高程61.5m，長(zhǎng)110m；④頂高程61.5m，長(zhǎng)55m。

（2）試驗(yàn)流量：①10000m3/s；②8000m3/s；③6650m3/s；④6090m3/s；⑤5800m3/s；⑥4400m3/s；⑦4000m3/s。

3.1 船閘上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位差分析

為比較與分析各導(dǎo)流優(yōu)化方案條件下左區(qū)8孔泄水閘泄流能力和上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位情況，試驗(yàn)設(shè)斷面觀測(cè)上游引航道內(nèi)、外水位數(shù)值，再計(jì)算上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位差值，見表1。

從表1可知，上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位差主要集中在閘前0m至290m區(qū)間內(nèi)。在同級(jí)流量下，上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位差隨泄水閘隔堤高程降低、長(zhǎng)度縮短而下降，從而有利于提高船閘導(dǎo)墻的穩(wěn)定性。綜上所述，建議上游泄水閘隔堤最終按頂高程61.5m，長(zhǎng)度為55m的方案進(jìn)行優(yōu)化布置。

4.結(jié)論

（1）通過水工模型試驗(yàn)可知贛江井岡山航電樞紐23孔泄水閘敞泄時(shí)泄流能力最強(qiáng)，右區(qū)15孔敞泄能力次之，左區(qū)8孔敞泄能力最弱。

（2）根據(jù)泄流方案中泄水閘隔堤與船閘上游引航道導(dǎo)墻的水位差值特征分析，泄水閘23孔敞泄時(shí)，閘前隔堤和上游引航道導(dǎo)墻的水位差最小、左區(qū)8孔敞泄時(shí)最大；左區(qū)8孔敞泄因集中出流影響，上游引航道導(dǎo)墻和泄水閘隔堤兩側(cè)水位差值大，水面跌落明顯、涌浪大，敞泄泄流能力和上游引航道導(dǎo)墻穩(wěn)定性均受影響。

（3）隨著泄水閘上游隔堤頂高程降低及長(zhǎng)度縮短，左區(qū)8孔泄水閘的敞泄能力有所改善，上游引航道導(dǎo)墻穩(wěn)定性也能得以保證。