【導讀】XX樞紐工程以灌溉、供水為主，兼顧發(fā)電等綜合效益。水庫正常蓄水位，根據(jù)中華人民共和國《防洪標準》及《水利水電工程等級劃分。及洪水標準》規(guī)定，本工程屬Ⅱ等大型工程。永久性次要建筑物有：廠區(qū)擋土墻、消能建筑物中導墻屬3級建筑物。年一遇，土壩為2021年一遇。泄水建筑物的消能防沖設計洪水標準重現(xiàn)期采用50. 低干渠首電站正常運用洪水標準重現(xiàn)期采用20年，非常運用洪水標準重現(xiàn)期采。根據(jù)GB18306-2021《中國地震區(qū)域烈度劃分圖》，壩區(qū)地震基本烈度為6度，按《水工建筑物抗震設計規(guī)范(試行)》DL5073-2021規(guī)定，可不進行抗震計算。中干渠灌溉面積萬畝，設計引用流量30m3/s。流量中包括5m3/s向八所供水的流量。產(chǎn)出，且以長英質巖脈為主?？紤]到緩傾角節(jié)理集中發(fā)育壩段的最大連通率為45%。權平均值為f′=、c′=。兩岸風化程度不一，右岸強風化下限～9m，左岸強風化下限5～13m，風化較深，不具備修建拱壩的地形條件。河床基巖裸露，厚1～2m的弱風化巖石下為微風化——

　　

【正文】 2%、 P=5%、 P=10%、 P=20%及小流量六種不同頻率下泄洪水情況下的水力計算，計算成果見表 ： 設計消力池池長 66m，寬 122m，池深 ，底板高程 ，消力池護坦厚。尾坎為連續(xù)式，坎頂高程 29m。池底設縱橫向排水溝，護坦用深 6m 的錨筋錨固于地基。消力坎后設厚 1m、長 。 消力戽結構設計 根據(jù)水文資料，分別計算消力池在 P=10%、 P=5%、 P=2%、 P=1%、 P=%、 P=%六種不同頻率下泄洪水情況下的水力計算，計算成果見表 ： 六孔消力戽戽唇高度 ，戽底高程 ，反弧半徑為 10m，挑角為 45o。消力戽后接 1m厚 15m長的混凝土保護段。 表 消力池水力計算成果表 洪水頻率 P(%) 2 5 10 20 小流量 小流量 參數(shù) 11 孔全開 11 孔全開 左 6 孔 全開 左 6 孔 全開 左 6 孔 全開 左 6 孔 全開 上游水位 (m) 54 54 54 54 54 54 下游水位 (m) 入庫流量 (m3/s) 21000 16000 12300 8800 6700 3700 相應下泄流量 (m3/s) 21000 16000 12300 8800 6700 3700 水躍 形式判定 顫動水躍 顫動水躍 顫動水躍 顫動水躍 穩(wěn)定水躍 穩(wěn)定水躍 水流銜接狀態(tài)判別 淹沒水躍 淹沒水躍 淹沒水躍 淹沒水躍 淹沒水躍 淹沒水躍 水躍長度 (m) 池長 (m) 218 表 消力戽水力計算成果表 洪水頻率 P(%) 1 2 5 參數(shù) 12 孔 全開 12 孔 全開 11 孔 全開 11 孔 全開 11 孔 全開 11 孔 全開 11 孔 全開 上游水位 (m) 54 54 54 下游水位 (m) 入庫流量 (m3/s) 41500 37600 33800 28600 24800 8800 6700 相應下泄流量 (m3/s) 41100 37000 32900 24800 24800 8800 6700 Fr 戽流銜接狀態(tài)判別 射流 射流 淹沒 戽流 淹沒 戽流 淹沒 戽流 淹沒 戽流 淹沒 戽流 沖坑最深深度 (m) 戽端至沖坑最深處水平距離 (m) 水工模型試驗 水工模型試驗 為驗證泄水建筑物的過水能力、消能建筑物的消能效果、溢流堰體型的合理性、樞紐布置的合理性及下游水流流態(tài)，進行 溢流堰斷面模型和整體動床水工模型水力學試驗。斷面模型的比例尺為 1∶ 42，整體模型的比例為 1∶ 100。 (1) 斷面模型試驗 試驗測出溢流堰泄量大于設計泄量 %，見表 ，泄流能力滿足設計要求。各特征水位情況下，堰面壓強值均滿足規(guī)范要求，不會引起空蝕，堰面曲線合理。消力尾坎由連續(xù)式改為差動式后消能效果較好。下階段將進一步優(yōu)化消能工體型，提高消能效果。 表 各頻率洪水調洪計算及試驗成果表 頻 率 上游水位 (m) 最大下泄 流 量 (m3/s) 試驗下泄 流 量 (m3/s) 下游 水位 (m) 計算值 試驗值 50 年一遇洪水 (ρ=2%) 21000 22882 100 年一遇洪水 (ρ=1%) 24800 25817 500 年一遇洪水 (ρ=%) 32900 34935 1000 年一遇洪水 (ρ=%) 37000 38154 2021 年一遇洪水 (ρ=%) 41100 4280 219 (2) 整體水工模型試驗 12 孔溢洪道整體水工模型試驗成果顯示：不拆除原來的滾水壩，泄流能力基本滿足要求；拆除原來的滾水壩后，泄流能力完全滿足設計要求，洪水頻率 1%以上泄洪時，溢洪道泄流能力較理論大 5%以上，詳見表 。 表 整體模型試驗泄流能力設計值與試驗值對比表 洪水頻率 P(%) 庫水位 (m) 設計下泄 流量 (m3/s) 試驗值 (m3/s) 差值百分比 (%) 未拆除滾水壩 拆除滾水壩 41100 42956 44018 37000 37800 38899 1 24800 26800 288221 2 2100 2290 24019 注：試驗值含行進流速值，計算值未考慮行進流速。 P=%、 P=%、 P=%、 P=1%、 P=10%各種設計工況下，消力池內均能形成較完整的水躍流態(tài)，淹沒系數(shù)較高，但消力池內流速衰減較慢，出池流速仍較大，消力池內消能效果欠佳。消力池內水面波動較大， 躍后水面壅高，消力池水位與下游河道水位落差較大， P=%時，消力池內最大水面高程 ，較下游河床水面高出。池內水流在消力池坎后形成急流，并因較大水面跌落，在樁號 0+近形成臥軸漩滾，發(fā)生二次水躍，躍后水流在下游河道又形成較大的表面波浪。二次水躍在樁號壩 0+ ，位于樁號壩距護坦未端沖坑上游坡度 1∶ ，比重力壩設計規(guī)范值 1∶ 稍緩，沖坑不會危及主體建筑物的安全；試驗驗證渲泄 P=10%以上頻率洪水時，消力池經(jīng)左導墻向電站尾水側翻 水。電廠尾水處水面波動值不大，實測洪水頻率 P=2%時，電廠尾水波動值為 。整個消力池出池水流分布均勻。 渲泄洪水頻率大于 P=10%洪水時，需開啟溢洪道右側 6 孔閘門利用消力戽消能，試驗顯示：宣泄洪水頻率 P=10%～ P=5%洪水時間，均勻局開右側 6 孔，戽內有不穩(wěn)定表面漩滾，出現(xiàn)挑流和臨界戽流；在洪水頻率 P=5%～ P=2%間，均勻局開右側 6孔，出現(xiàn)附著戽流，戽內無表面漩滾，水舌下有弱漩滾，戽坎后形成涌浪，浪后形成水躍；大于 P=2%洪水時，右側 6 孔全開，過壩水流并非以戽流流態(tài)與下游相銜接，戽坎出流基本呈平射 流態(tài)，戽坎后未形成涌浪，與下游水面直接呈水躍銜接，由于戽坎出流水舌下潛，對戽坎后河床基礎帶來不利影響。 P=2%洪水泄洪時 (右 5孔局開 8m)， 220 護坦后 (護坦未端樁號壩 0+)最大沖坑深度 ，位于樁號壩 0+，距護坦未端沖坑上游坡度 1∶ ； P=%洪水泄洪時 (右 6 孔全開 )，最大沖坑深度，位于樁號壩 0+ 處，距護坦未端沖坑上游坡度 1∶ ，均比重力壩設計規(guī)范值 1∶ 緩，沖坑不會危及主體建筑物的安全； 各種設計工況下，下泄水流主流位于河道中 部，基本順應河勢，主流區(qū)河段表面波浪較大且表面流速大于底部，兩岸邊為回流區(qū)，流速較小，由于下游河道無重要建筑物，且左、右岸抗沖流速達到 5m/s，因此下泄水流不會對兩岸造成大的危害。下游河道沖刷成果見表 。 表 各頻率洪水調洪下游河道沖刷成果表 工 況 頻率 P (%) 泄量 Q (m3/s) 位 置 壩右樁號 (m) 壩下樁號 (m) 最低點高程 (m) 深度 (m) 12 孔弧 門全開 33001 消力池后 0+ 0+ 消力戽后 0+ 0+ 1 25152 消力池后 0+ 0+ 消力戽后 0+ 0+ 左 6 孔 全 開 右 6 孔 局 開 2 21324 消力池后 0+ 0+ 消力戽后 0+ 0+ 5 16595 消力池后 0+ 0+ 消力戽后 0+ 0+ 左 6 孔 全 開 10 13902 消力池后 0+ 0+ 消力戽后 — — — — 以上水工整體模型試驗結果表明：消能工布置是可行的，但消能工體型，特別是右 6 孔 (消力戽 )需進一步優(yōu)化，以達到減少工程量和改善消能防沖效果的目的。消能工優(yōu)化工作正在進行，且已出初期成果。 泄水建筑物結構布置 通過泄水建筑物結構計算、 水力計算及水工模型試驗驗證，根據(jù)泄水建筑物布置原則和要求，考慮閘門的推力大小和國內制造水平，選定泄水建筑物為 11 孔溢流表孔，布置在右側河床。單孔凈寬 ，底寬 。溢流堰為 WES 實用堰，堰頂高程 ，屬低堰。上游面鉛直，堰上游定型水頭 ，堰頂上游為三圓弧曲 221 線， R1=， R2=， R3=，以堰頂為坐標原點的下游堰面曲線方程為Y=，延長至樁號壩 0+，下接 1∶ 的直線段，左 6 孔溢流堰從樁號壩 0+ 接反 弧半徑為 R12 的反弧至樁號壩 0+，弧的圓心角為，再平延至壩 0+ 接消力池。右 6 孔溢流堰從樁號壩 0+ 接反弧半徑為 R10 的反弧，弧的圓心角為 ，反弧后為 45o圓弧，反弧和圓弧組成消力戽。 溢流堰上設預應力閘墩，中墩厚 4m，左邊墩厚 ，右邊墩厚 ，同右岸非溢流壩連在一起。墩頭為半圓型，墩尾除右第六中墩需同中隔導墻相接為矩形外，其它中墩墩尾部為倒圓角矩形，圓角半徑 。溢流堰上設弧型工作門和平板疊梁檢修門，疊梁檢修門直接鎖定于孔口上，不 另設門庫。分別采用液壓啟閉機和門式啟閉機起吊。預應力閘墩每側設 5 層共 2 列扇形預應力錨束，單束長 21m，設計噸位3452KN。 考慮壩頂交通和檢修要求，壩頂分別布置了公路橋和工作橋，公路橋位于壩頂上游側，橋面寬 ，壩頂工作橋位于下游側，橋面寬 。溢流堰閘墩為半圓型，尾部為倒圓角矩形，圓角半徑 。 根據(jù)消能水力計算成果，利用中導墻 (初期縱向圍堰 )作為右側 6 孔消力戽和左側6 孔消力池的分隔墻，小于 10 年一遇的常遇洪水 (Q=12300m3/s)采用底流消能，大于10 年以上洪水至 50 年設計標準洪水采用 底流和戽流相結合的消能方式。 經(jīng)水力計算和水工模型試驗確定： 消力池池長 66m，寬 122m，池深 ，底板高程 ，消力池護坦厚 。尾坎為連續(xù)式，坎頂高程 29m。池底設縱橫向排水溝，排水溝依縫布設，橫向間距21m，縱向間距 15m，溝內打 Φ76mm，孔深 3m的排水孔，孔距 3m，消力池尾坎和邊導墻內設 的自排水廊道，以備檢修時抽排。護坦用深 6m的 Φ32 錨筋錨固于地基，錨筋間、排距各為 。消力坎后設厚 1m、長 。 6 孔消力戽戽唇高度 ，戽底高 程 26m，反弧半徑為 10m，挑角為 45o。消力戽后接 1m厚 15m長的混凝土保護段。 發(fā)電廠房 方案比較 XX 壩水利水電二期 XX樞紐廠房為河床式，按 DL502193《水利水電工程初步 222 設計報告編制規(guī)程》要求，初步設計階段進行了樞紐布置 (左、右岸廠房布置 )方案比較、機組機型 (軸流式、貫流式 )方案比較、機組臺數(shù) (3 臺、 2 臺 )方案比較、開關站型式方案比較及安裝場布置方案選擇比較。其中樞紐布置方案比較詳見本篇前述章節(jié)，機組機型、機組臺數(shù)、開關站型式方案比較詳見 ―6 水力機械、電工、金屬結構及采暖通風 ‖篇相關章節(jié)。 經(jīng)技術經(jīng)濟比較，選擇左岸廠房布置，機組型式采用軸流式，機組臺數(shù) 2 臺，單機容量 40MW。 電站下游設計洪水位 (P=1%)為 、校核洪水位 (P=%)，均高于發(fā)電機層高程 (),室外地面高程為 ，廠區(qū)防洪墻較高。為此，進行了安裝場高程比較： 方案 1：安裝場與發(fā)電機層同高，均為 ，廠區(qū)回車場高程 ，開關站高程 。下游設置防洪墻，防洪墻頂部高程 ，形成封閉防洪體系。根據(jù)地質揭露情況，安裝場 底部設一層框架 。主變壓器場基礎厚度不超過 ，底部可直接布置油池等。 方案 2：抬高安裝場布置方案，高程與尾水平臺同高，為 ,廠區(qū)回車場高程 ，開關站高程 。場地采用回填土壓實，并做防滲處理。開關站右側仍為混凝土防洪墻，下游面混凝土護坡與低干渠尾水平臺相連，形成封閉防洪體系。安裝場抬高后，其底部增加 ，主廠房上部排架結構升高 。 兩個方案的工程量、投資及技術比較見表 。 表 安 裝 場 布 置 方 案 比 較 表 項 目 方案 1 方案 2 布 置 發(fā)電機層與安裝場同高，檢修、運行方便，利于低干渠廠區(qū)的布置； 下游防洪墻長，廠區(qū)積水需抽排。 廠區(qū)防洪問題基本解決；廠區(qū)回填土石方防滲需處理； 運 行 設備長期運行維護方便 設備長期運行維護不便 工程量 回填土石方 m3 25357 77334 防洪墻砼 m3 5286 2876 主變砼 m3 1632 4236 主廠房砼 m3 2700 3982 可比土建投資 萬元 391 548 223 方案 1 投資較省，比方案 2 少 157 萬元，且運行管理方便，故推薦采用 方案 1，即安裝場高程同發(fā)電機層方案 廠區(qū)布置 XX 壩水利水電二期 XX樞紐 選定的總體布置方案為左岸廠房方案，即河床中央布置溢流壩，左側布置電站廠房。 電站最大水頭 ，最小水頭 ，額定水頭 。電站安裝 2 臺 ZZ500LH515 型軸流轉漿式水輪發(fā)電機組，單機容量40MW，總裝機容量 80MW，單機額定流量 m3/s，水輪機轉輪直徑 ，安裝高程 ，機組中心線距壩軸線 。廠區(qū)主要建筑物有進水口段、主廠房、下游副廠房、中控樓、尾水渠、尾水 防洪墻、主變壓器場、開關站、進廠公路等。 廠區(qū)建筑物布置在左岸，與溢流壩段分縫線樁號為壩右 0+(廠右0+)。主機段緊鄰溢流壩段左側布置，上游為進水口，中間為主廠房，下游為下游副廠房。主機段左側岸坡布置安裝場及上游擋水壩段。主變 壓器 場布置于安裝間下游，開關站布置