实例探析水电站截流设计.pdf

2013年10月建材与装饰水利建设实例探析水电站截流设计朱永泉（中国水利水电第八工程局有限公司湖南长沙410000）摘要：我国水电站数量较多，但是大多数都是建设较早，其技术水平并不高，水电站建设过程中截流设计问题一直是建筑设计过程中的一项重难点，因而存在较多的问题。尽管目前已经有了较大的改变，但是在实际的设计过程中还是难免会存在一些问题，本文结合实例对于水电站的截流设计进行了详细的探讨，以此与同行进行交流。关键词：水电站；水文；截流；设计中图分类号：TV551.2文献标识码：B文章编号：1673-0038（2013）32-0163-02沐若水电站工程地处马来西亚婆罗洲岛的砂捞越州，坝址位表1预留岩埂拆除后导流隧洞泄流能力表流量（m3/s）上游水位H（m）上游水位H（m）上游水位H（m）备注于拉让（Rajang）河流域源头沐若河上，距民都鲁市约200km，拉123让河上游流域规划了4个梯级，分别是Pelagus、Bakun（巴贡）、04204234265420.1391423.2313426.2388Murum（沐若）和Belaga。沐若水电站是拉让河上游四级梯级开发10420.2054423.3555426.3725中的第2个梯级电站，距下游正在建设的巴贡水电站约70km。50420.9311423.9138427.0133该工程主要由碾压混凝土重力坝、坝身表孔溢洪道、引水系H1为上游岩埂拆100422.1145424.3352427.5305统（含调压井）、发电厂房、生态流量引水发电系统等组成。坝顶除至420m高程150423.312424.6536427.9362的计算结果，H2长度473m，最大坝高141m。工程主要任务是发电，水库正常蓄水166423.6659424.7565428.0519为上游岩埂拆除位540m，死水位515m，总库容120.43亿m3，调节库容54.75亿m3。至423m高程的200424.3615424.9726428.2798计算结果，H3为1水文气象地质状况250425.3141425.5446428.4885上游岩埂拆除至426m高程的计算沐若河流域属热带季风气候，坝址控制流域面积约272425.6946425.8711428.5545结果。2750km2，多年平均径流量76.4亿m3。流域属热带季风气候，多年300426.1642426.2969428.6273350426.9798427.0679428.7573平均降水量4456mm，年均降雨天数超过100d，其中大于10mm/h399427.7438427.8085428.9077和20mm/h的平均降雨天数为60d和25d，降雨呈微弱性季节性，420428.0759428.1331428.9668一般旱季7耀9月。雨季降雨高峰出现在12月份至3月份之间。3Q=435m/s，截流435428.3134428.3661428.9731沐若河洪水主要由降雨汇流形成，径流对降雨的快速响应是沐后上游水位对比。若河洪水的主要特点，降雨期间沐若河洪水流量增加很快，随着导流洞进口塌方体，对围堰防渗造成很大困难，且需要布置高约雨后径流的减少沐若河洪水流量也迅速消减。40m、上下游底边线最大距离约160m的土石围堰，施工场地狭上下游围堰距坝轴线约110~150m，坝址区河道均覆盖第四窄，故将截流戗堤与上游土石围堰相结合，同时考虑土石围堰与系冲、洪积物，岸边可见巨大的砂岩块石，部分直径大于10耀导流隧洞进出口之间的安全距离，土石围堰堰体防渗要求，防渗20m。由于缺乏相应河床钻探资料，河床覆盖层的成分及结构不墙轴线避开不利的地质条件，戗堤轴线与堰体轴线平行。经比清。大坝所在河段两岸谷坡大体对称，坝轴线处两岸均为山脊，较，选择截流戗堤布置在距大坝上游面约120m处。左岸谷坡坡度约为46毅，右岸谷坡坡度约为34毅。轴线处河床高程由导流洞流量关系曲线查得，合龙时，在435m3/s流量下，上约为418m，谷底宽30耀60m。岩层走向与河谷呈大角度相交，为游最高雍水水位为428.37m，考虑到戗堤安全超高，龙口段戗堤横向谷。顶部高程取430m比较合适。但是，我们从左岸向右岸进占，考虑2截流设计到截流道路布置情况，最终确定预进占戗堤高程为435m，戗堤高2.1截流设计条件程为444.0m，戗堤顶面宽15m，端头1：1.25、上下游面坡比1：1.5。（1）导流洞泄流能力2.3截流方式与龙口位置目前截流阶段Q=500m3/s以下导流隧洞泄流能力暂按明渠根据现场地形条件，目前左岸坝肩现正在进行坝肩开挖，渣流由下游水位反推，按导流洞进口预留岩埂的拆除高程420m、料充足，运输距离近，左岸沿江道路能保证机械设备顺利进场，423m、426m进行计算修正，计算结果见表1。而右岸渣料较少，且距后方营地较远，交通不便，故决定采用从（2）截流边界条件左岸向右岸单戗立堵截流方式，龙口设在右岸，且龙口区不需要根据目前实际情况，截流边界条件与原设计截流条件略有改进行平抛垫底，只在右岸设置裹头。变，截流时，上游水位有所抬高，给截流工作增加了难度。根据设2.4截流预进占及龙口宽度的确定计提供的导流时水位流量关系曲线资料以及导流洞进出口水位考虑边坡的稳定，结合截流道路布置情况，龙口宽度确定为流量资料，按导流洞进口拆除残留3m（EL.423高程）对导流洞过55m。在右岸做裹头，对左岸坡堰体预先填筑部分，作为道路、回流曲线进行修正，计算截流合龙时上游水位约428.37m，由于河车平台用。床比降较大，合龙时截流落差约6.5m。下游戗堤进占在上游截流后进行。2.2截流戗堤布置及戗堤高程的确定2.5截流水力学计算因大坝上游面距导流洞进口约300m，在此范围内包含原1#截流时段选择为2010年4月底，截流龙口合龙的时间初步·163· 水利建设建材与装饰2013年10月选定为2010年4月26日耀4月28日，坝址区4月月平均流量影响很大，目前截流设计按导流洞进口岩埂拆除至423m高程进435m3/s。行计算。根据施工总进度要求，按单戗截流进行计算，导流洞进口岩3龙口分区特性埂拆除残留3m（EL.423m）时，龙口水力学特性见表2及图1。3.1龙口抛投料粒径表2（岩埂3m）预留龙口55m宽度时龙口合龙水力学特性表抛投料粒径的尺寸取决于龙口的流速，根据截流合龙过程中龙口宽度上游水位Hs龙口流速v单宽流量q单宽功率N落差Z（m）（m）（m）（m/s）（m3/s·m）（kW/m）的水力条件变化，不同宽度龙口抛投料块体粒径按该区段可能55425.630.132.396.300.82出现的最不利水力条件计算求得。上游龙口不同宽度的抛投料50425.840.342.487.052.40粒径见表4。45426.0750.582.587.924.59表4不同龙口宽度时抛投物粒径大小40426.3950.8952.709.208.23龙口宽度上游水位龙口流速v单宽功率抛投料粒最大抛投落差Z（m）35426.7831.282.8410.7313.73（m）Hs（m）（m/s）N（t.m/s.m）径（m）物重（t）55425.630.132.396.300.210.2930427.281.783.0112.8722.9150425.840.342.487.050.230.3125427.882.382.507.2017.1445426.0750.582.587.920.240.3320428.312.811.762.316.4940426.3950.8952.709.200.270.370.00428.372.870.000.000.0035426.7831.282.8410.730.300.4030427.281.783.0112.870.330.4525427.882.382.5017.140.230.3120428.312.811.766.490.110.163.2龙口施工区段划分根据合龙过程中不同龙口宽度的水力学指标，将上游截流龙口分为4个区段：两岸裹头及预进占：抛投料粒径以中小石为主，抛投适量大石，并用部分大块石作为护岸；第一区段：龙口宽度从55m束窄至40m，龙口平均流速为2.39耀2.70m/s，龙口最大落差为0.895m，抛投料粒径以小石、中石为主，大石为辅；图1岩埂高程423m截流水力学特性曲线图第二区段：龙口宽度从40m束窄至30m，龙口平均流速为导流洞进口岩埂拆除残留6m（EL.426m）时，龙口宽60m以2.70耀3.01m/s，龙口最大落差为1.78m，抛投料粒径以中石、大石上时，导流洞进口水位低于426m，故从龙口宽55m起开始计算，为主，小石为辅；龙口水力学特性见表3及图2。第三区段：龙口宽度从30m束窄至20m，龙口平均流速为表3（岩埂6m）预留龙口55m宽度时龙口合龙水力学特性表3.01耀1.76m/s，龙口最大落差为2.38m，抛投料粒径以中石、大石龙口宽度上游水位Hs落差Z（m）龙口流速v单宽流量q单宽功率N为主，小石为辅；（m）（m）（m/s）（m3/s·m）（kW/m）第四区段：当龙口宽度束窄至小于20m时，龙口最大流速为55427.161.662.9712.3420.4850427.3721.8723.0413.2824.861.76m/s，抛投料粒径以小石、中石为主，大石为辅。45427.6752.1753.1414.6631.894结语40428.0552.5553.2616.4542.03水电站截流工作的质量直接关系着水电站的施工进度与工35428.3592.8593.3517.9451.29程质量，只有保证截流设计方案的科学合理才能够为工程的截30428.6213.1213.4319.2560.08流工作带来便利。因而在设计过程中一定要严格的根据施工现25428.8533.3532.8611.0236.95场的地质状况、水文状况以及交通状况来制定设计方案，最大程20428.973.472.104.1414.36度上保证设计的科学与合理，从而确保方案的可行，为工程建设0.00428.9733.4730.000.000.00的顺利进行提供保障。参考文献[1]周厚贵，王亚文，许韧初.三峡工程大江截流施工程序[J].人民长江，1998（11）：89.[2]叶三元.天生桥一级水电站截流概述[J].水利水电快报，1998（15）：121.[3]李云中，叶德旭，张年洲.三峡工程明渠截流龙口流速分布研究[J].人民长江，2003（S1）：86.收稿日期：2013-10-15作者简介：朱永泉（1981-），男，工程师，本科，从事技术管理工作。图2岩埂高程426m截流水力学特性曲线图由上述比较可看出，导流洞进口岩埂拆除高程对截流水力学·164·