錦屏二級水電站進水口縱向圍堰安全性研究

林俊峰 李 坤

1 工程概況

四川雅礱江錦屏二級水電站進水口工程縱向圍堰根據(jù)地形及結(jié)構(gòu)條件，充分利用原始地形線，根據(jù)設(shè)計斷面進行填筑施工形成。進水口圍堰軸線長248.60 m，圍堰堰頂高程為1 641.00 m，圍堰頂寬5.00 m，圍堰最大斷面高約22.6 m，內(nèi)外側(cè)坡比均為1∶1.4，圍堰堰體防滲采取塑性混凝土防滲墻，防滲墻深入 T13巖層0.5 m以下，塑性混凝土防滲墻厚80 cm。為防止水流對圍堰外側(cè)沖刷及圍堰過水后影響圍堰穩(wěn)定，在圍堰外側(cè)整個迎水坡面設(shè)置鋼筋石籠進行防護，圍堰內(nèi)側(cè)采用干砌石護坡進行防護。

電站進水口施工圍堰為4級建筑物，擋水標(biāo)準(zhǔn)按12月～次年4月洪水頻率 P=10%設(shè)計，Q=1 010 m3/s，相應(yīng)原始狀態(tài)天然河道水位為1 639.34 m。圍堰設(shè)計時考慮河床積渣影響，并充分考慮下游攔河閘壩圍堰及本工程圍堰束窄河床造成水位壅高，堰頂高程定為1 641.00 m。圍堰過水度汛標(biāo)準(zhǔn)按全年洪水頻率P=5%設(shè)計，Q=8 850 m3/s。

2 模型設(shè)計與制作

2.1 模型設(shè)計

根據(jù)模型試驗任務(wù)的要求，為了更好的反映本圍堰工程實際情況，本模型試驗選定模型比尺λl=50和λh=50的正態(tài)模型。根據(jù)相似原理理論，模型相似包括水流運動相似、泥砂運動相似。

2.2 模型制作與驗證

本次模型試驗?zāi)M河道總長約1.8 km，進水口縱向圍堰以上約0.75 km，進水口縱向圍堰以下約0.85 km。模型由進水量堰、前池、試驗段、尾水調(diào)節(jié)、回水溝等部分組成。模型全長約40.0 m，寬5.0 m。在地形圖上每50 m布設(shè)一制模斷面，并在局部地形變化較大的區(qū)域，加密控制點，以保證模型與原型的幾何相似。在整個模型制作過程中，進行河道主槽，主要控制點反復(fù)校對與修改，在制作完成后全面進行檢查，取水河段高程誤差在0.05 m(原型)以內(nèi)，平面誤差均在0.10 m(原型)以內(nèi)。不存在系統(tǒng)誤差，模型與原型是幾何相似的。

2.3 流量控制

來流流量采用無側(cè)收縮矩形薄壁堰對來流量進行控制和測量。

3 試驗成果

3.1 試驗方案說明

根據(jù)本次模型試驗的兩個主要目的(縱向圍堰前水位流量關(guān)系與縱向圍堰的沖刷情況)，收集到影響該兩個問題研究的主要相關(guān)因素如下:1)攔河閘壩圍堰擋水與施工期泥砂淤積。攔河閘壩圍堰擋水與施工期泥砂淤積均能造成縱向圍堰前水位抬高，而對縱向圍堰的沖刷會起到一定緩解作用，故模型試驗中主要考慮其對縱向圍堰前水位抬高方面的影響。2)縱向圍堰下游支流溪口灘的清淤。對電站進水口下游支流溪口灘進行一定的清淤，可以改善庫區(qū)泥砂淤積狀況，故模型試驗中主要考慮其對縱向圍堰的沖刷加劇方面的影響。

3.2 流態(tài)

1)各級流量下縱向圍堰前水流較平順。2)由于縱向圍堰對河床有一定束窄，縱向圍堰上游端頭部有一明顯壅水，在來流為4 000 m3/s左右時最明顯，而縱向圍堰下游端尾部靠右岸側(cè)有一定回流。3)縱向圍堰下游支流溪口灘清淤后縱向圍堰段水位明顯下降，水流流速明顯增大。

3.3 縱向圍堰前水位流量關(guān)系

1)考慮攔河閘壩圍堰擋水以及施工期泥砂淤積情況后，縱向圍堰前水位有一定增加，來流量為1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s時增幅分別約為3.30 m，5.32 m與5.70 m。2)由于縱向圍堰對河床有一定束窄，縱向圍堰上游端頭部有一明顯壅水，按2008年度汛考慮，來流量為 1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s時壅水高度分別為0.25 m，1.05 m與0.95 m。3)當(dāng)來流量為電站進水口圍堰擋水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) P=10%，Q=1 010 m3/s時，按2008年度汛考慮，堰前水位為1 636.18 m;按攔河閘壩圍堰擋水以及施工期泥砂淤積情況考慮，堰前水位為1 639.23 m。

3.4 縱向圍堰前流場觀測

1)縱向圍堰下游支流溪口灘清淤后縱向圍堰段水流流速明顯增大，來流量為4 000 m3/s時平均增幅較大，局部增幅超過1.5 m/s。2)來流量為1 010 m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到2.61 m/s與3.04 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到2.30 m/s與2.69 m/s左右。3)來流量為4 000 m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到4.52 m/s與6.01 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到4.23 m/s與4.62 m/s左右。4)來流量為8 850 m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到6.24 m/s與6.73 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到4.13 m/s與 4.46 m/s左右。

3.5 縱向圍堰沖刷保護

模型試驗對錦屏二級電站進水口縱向圍堰分別進行了拋石粒徑為0.75 m～1.0 m與0.50 m～0.75 m的拋石防護試驗。試驗來流量分別為1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s。試驗觀測得到，使用0.75 m～1.0 m大小塊石對圍堰進行防護，各級流量下均能保證圍堰不沖刷，使用0.50 m～0.75 m大小塊石對圍堰進行防護，基本能夠確保圍堰不沖刷。綜上所述，若錦屏二級電站進水口縱向圍堰過水度汛標(biāo)準(zhǔn)按全年洪水頻率 P=5%(Q=8 850 m3/s)設(shè)計，模型試驗認(rèn)為縱向圍堰可以采用 0.50 m～0.75 m大小塊石對圍堰進行護坡與護腳防護，同時建議在圍堰上游端頭部轉(zhuǎn)彎頂水段以及圍堰端尾部局部適當(dāng)加大拋投塊石粒徑。

4 結(jié)語

1)各級流量下縱向圍堰前水流較平順?？v向圍堰下游支流溪口灘清淤后縱向圍堰段水位明顯下降，水流流速明顯增大。2)考慮攔河閘壩圍堰擋水以及施工期泥砂淤積情況后，縱向圍堰前水位有一定增加，來流量為 1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s 時增幅分別約為3.30 m，5.32 m與5.70 m。3)由于縱向圍堰對河床有一定束窄，縱向圍堰上游端頭部有一明顯壅水，按2008年度汛考慮，來流量為1 010 m3/s，4 000 m3/s，8 850 m3/s時壅水高度分別為0.25 m，1.05 m與0.95 m。4)縱向圍堰下游支流溪口灘清淤后縱向圍堰段水流流速明顯增大，來流量為4 000 m3/s時平均增幅較大，局部增幅超過1.5 m/s。5)來流量為1 010m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到2.61 m/s與3.04 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到2.30 m/s與2.69 m/s左右。6)來流量為4 000 m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到4.52 m/s與6.01 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到4.23 m/s與4.62 m/s左右。7)來流量為8 850 m3/s時，支流溪口灘清淤前后圍堰前水流表面流速最大值分別達到6.24 m/s與6.73 m/s左右，圍堰前水流底部流速最大值分別達到4.13 m/s與4.46 m/s左右。8)根據(jù)模型試驗對縱向圍堰段流速觀測結(jié)果，可得到各級流量下縱向圍堰前底部流速最大值約為4.0 m/s～4.5 m/s，故認(rèn)為錦屏二級進水口縱向圍堰采用鋼筋石籠進行防護是可行的。9)若錦屏二級電站進水口縱向圍堰過水度汛標(biāo)準(zhǔn)按全年洪水頻率 P=5%(Q=8 850 m3/s)設(shè)計，模型試驗認(rèn)為縱向圍堰可以采用0.50 m～0.75 m大小塊石對圍堰進行護坡與護腳防護，同時建議在圍堰上游端頭部轉(zhuǎn)彎頂水段以及圍堰端尾部局部適當(dāng)加大拋投塊石粒徑。

[1] 張 力.長河壩電站右岸高邊坡安全防護網(wǎng)設(shè)計與施工[J].山西建筑，2009，35(21):361-362.