水電站導(dǎo)流洞導(dǎo)截流受下游水位的影響分析

柳 磊

(江西晨升建設(shè)工程有限公司,南昌 330077)

河道截流在水利水電工程施工中發(fā)揮著重要作用,導(dǎo)截流的成敗直接關(guān)系到工程施工進(jìn)度與造價,導(dǎo)截流必然屬于工程建設(shè)中的關(guān)鍵性工序。現(xiàn)有研究成果大多集中在寬戧堤截流合龍期間水流特性,截流落差及其余水力學(xué)指標(biāo)受導(dǎo)流洞圍堰殘埂影響,國內(nèi)外截流技術(shù)措施及截流信息化等方面,而對下游水位運(yùn)用方式影響上游在建水利水電工程施工導(dǎo)截流的成果較少。基于此,文章以江西倫潭水電站為例,對其建設(shè)過程中導(dǎo)截流受下游水位運(yùn)用方式的影響展開模型試驗(yàn)與分析,以資借鑒。

1 工程概況

倫潭水利樞紐工程位于江西鉛山縣天柱鄉(xiāng)倫潭,距鉛山縣城42km,為發(fā)電、灌溉、防洪、養(yǎng)殖等多功能大型水利樞紐,是贛江流域梯級電站的最后一級。壩址以上控制流域面積達(dá)3898km2,為不完全年調(diào)節(jié)水庫。電站樞紐由主壩、副壩、溢洪道、導(dǎo)流洞等建筑物組成,壩頂寬10.5m,長588m。該水利樞紐電站導(dǎo)流洞在施工導(dǎo)截流期間受下游水位的影響較大,為保證截流順利,必須展開具體影響過程及程度的分析。

2 模型設(shè)計(jì)

按照《水利水電工程施工導(dǎo)截流模型試驗(yàn)規(guī)程》(SL T163-2019)對模型比尺設(shè)計(jì)的規(guī)定及研究目的、內(nèi)容和要求,綜合考慮試驗(yàn)過程的可操作性與結(jié)果的合理準(zhǔn)確性,采用動床正態(tài)整體模型,并依照重力相似原則,使模型與工程原型保持幾何相似、動力相似及水流運(yùn)動相似性。根據(jù)河道特點(diǎn)及倫潭水電站截流、度汛試驗(yàn)?zāi)Ｐ图夹g(shù)要求,按1∶55確定模型比例,并以上游圍堰軸線以上500m～下游圍堰軸線以下600m為模型長度范圍[1-3]。采用10月上旬10a一遇旬流量均值為截流標(biāo)準(zhǔn),對應(yīng)的流量值為892m3/s,導(dǎo)流洞進(jìn)出口施工圍堰殘留高度僅為1.8m。

3 模型試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)下游水位不同,擬定出2種工況,工況1:上邊界流量為892m3/s,下邊界水位1302.56m,10月中旬蓄水至1303m死水位,圍堰殘埂高1.8m;工況2:上邊界流量為892m3/s,下邊界水位1304.10m,10月中旬蓄水至1306m的正常水位,圍堰殘埂高1.8m。

3.1 導(dǎo)流洞進(jìn)口水力要素

截流之初,工況2導(dǎo)流洞進(jìn)口水深在6.0m以上,但流速(3.0m/s)小于工況1,導(dǎo)流洞過流量小;隨著截流過程的推進(jìn),龍口逐漸減窄,工況2水深及流速均增大,尤其是流量增加率遠(yuǎn)超出工況1。合龍過程中,進(jìn)口水深及導(dǎo)流洞流量均趨于一致。因工況2下游水位較高,戧堤滲流小;工況2導(dǎo)流量超出工況1。水力要素取值見表1。

表1 導(dǎo)流洞進(jìn)口水力要素

截流之初流量較小,工況2下導(dǎo)流洞進(jìn)口水位位于1304.7～1305.4m之間,工況1導(dǎo)流洞進(jìn)口水位則在1307.6～1308.4m之間;此后隨著流量的增大,工況2水位快速升高至1310m,工況1水位增速較緩,最終也達(dá)到1310m的水位。

3.2 導(dǎo)流洞內(nèi)水位變化

截流期間導(dǎo)流洞進(jìn)口、出口以及與進(jìn)口相距500m處的水位試驗(yàn)結(jié)果見表2。根據(jù)表中結(jié)果,截流開始之初,在正常蓄水位下,導(dǎo)流洞進(jìn)出口水位均處于較高水平,比降值非常小;隨著龍口變窄,水面比降開始遞增,直至截流完成,水面比降升高至0.18～0.28[4]。

表2 導(dǎo)流洞內(nèi)水位及比降試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)工況1同水位下導(dǎo)流洞內(nèi)水面變化情況試驗(yàn)結(jié)果,對于起點(diǎn)距取0～400m時,在導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流的過程中水位從1305.7m逐漸升高至1309.4m,合龍后繼續(xù)升高至1309.6m;起點(diǎn)距取500m時,導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流過程中水位從1305.4m逐漸升高至1309.1m,合龍后繼續(xù)升高至1309.5m;起點(diǎn)距取600m時,導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流過程中水位從1305.2m逐漸升高至1308.6m,合龍后繼續(xù)升高至1309m;起點(diǎn)距取800m時,導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流過程中水位從1305 m逐漸升高至1307.9m,合龍后繼續(xù)升高至1308m;起點(diǎn)距取1100m時,導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流過程中水位從1305 m升高至1306.1m,合龍后繼續(xù)升高至1306.6m。

根據(jù)工況2同水位下導(dǎo)流洞內(nèi)水面變化情況試驗(yàn)結(jié)果,對于起點(diǎn)距取0m時,在導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流的過程中水位從1308.3m逐漸升高至1309.5m,合龍后繼續(xù)升高至1310m;起點(diǎn)距取200m時,導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流過程中水位從1308.3m逐漸升高至1309.2m,合龍后繼續(xù)升高至1309.8m;起點(diǎn)距取400m時,導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流過程中水位從1308.3m逐漸升高至1309.1m,合龍后繼續(xù)升高至1309.7m;起點(diǎn)距取600m時,導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流過程中水位從1308.3m逐漸升高至1308.8m,合龍后繼續(xù)升高至1309.3m;起點(diǎn)距取800m時,導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流過程中水位從1308m升高至1308.5m,合龍后繼續(xù)升高至1308.8m;起點(diǎn)距取1100m時,導(dǎo)流洞施工導(dǎo)截流過程中水位從1307.9m升高至1308.1m,合龍后幾乎沒有變化。

通過對不同龍口寬度下導(dǎo)流洞水面線的分析,兩種工況下,水面線均隨起點(diǎn)距的增大而降低;龍口寬度越小,降速越大。當(dāng)下游為死水位時,導(dǎo)流洞進(jìn)出口水位均較低,隨著龍口寬度的減小,水位逐漸升高,水面比降增大。下游為正常蓄水位時,工況2導(dǎo)流洞沿程水位起初高出工況1,隨著截流過程的推進(jìn),水位逐漸增大,水面比降仍較小[5]。

3.3 導(dǎo)流洞出口流態(tài)

根據(jù)對下游倫潭水電站運(yùn)行過程中導(dǎo)流洞出口流態(tài)的分析,其出口主要表現(xiàn)為淹沒出流方式,尾水干擾來水的特征十分突出,致使導(dǎo)流洞內(nèi)壅水明顯,對導(dǎo)流不利。

3.4 龍口處水力要素

截流期間,龍口寬度處于不斷變化過程,不同工況下龍口處水力要素試驗(yàn)結(jié)果見表3。根據(jù)表中結(jié)果,在截流過程中隨著龍口寬度的減小,工況1下戧堤上下游水位落差從2.24m增大至8.56m,增大了2.37倍;工況2下戧堤上下游水位落差從2.54m增大至7.80m,增大了2.07倍。工況1下龍口單寬流量從30.34m3/(s·m)降至5.89m3/(s·m),降低4.15倍;工況2下龍口單寬流量從23.09m3/(s·m)降至8.72m3/(s·m),降低1.65倍。工況1龍口單寬功率降低54.26%,工況2龍口單寬功率降幅僅為0.38%;兩種工況下龍口流速均值降幅基本一致。

表3 龍口處水力要素試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 論

綜上所述,下游倫潭水電站按照正常水位運(yùn)行時,截流之初導(dǎo)流洞進(jìn)流小于死水位;隨著戧堤合龍的持續(xù)推進(jìn),導(dǎo)流洞分流量持續(xù)增大,戧堤處洪水位也高出死水位,但水位落差比死水位小,水流流速也較為緩慢。下游水電站按照死水位運(yùn)行時,截流之初導(dǎo)流洞進(jìn)流多,在合龍進(jìn)程中,導(dǎo)流洞分流量增加緩慢;直至戧堤合龍,導(dǎo)流洞分流量仍較為接近。河道下游水電站運(yùn)行方式對施工導(dǎo)截流存在較大影響,截流河段下游水位較高的情況下,必將使導(dǎo)流洞進(jìn)出口水位增大,洞內(nèi)比降減小,流量降低;但此時單寬功率和龍口流速也會隨之降低,對截流較為有利。