斯木塔斯水電站臺(tái)階式溢洪道消能設(shè)計(jì)

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830001)

斯木塔斯水電站臺(tái)階式溢洪道消能設(shè)計(jì)

王莉艷

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830001)

新疆斯木塔斯水電站臺(tái)階式溢洪道的模型試驗(yàn)表明：臺(tái)階溢流面有較好的消能效果，其消能率與臺(tái)階尺寸、單寬流量等因素有關(guān)，在小流量的情況下，消能率可達(dá)到80%以上，對(duì)下游沖坑深度也有所降低。本文對(duì)此加以介紹。

水電站；臺(tái)階；溢洪道；消能

斯木塔斯水電站工程位于新疆阿克牙孜河出山口的峽谷河段，河谷深切，呈V字形，岸坡較陡，坡度多在60°～80°，局部為陡坎，基巖裸露，出露巖性單一，巖性為華力西中期第二次侵入次黑云母花崗巖類。該河道順直、狹長(zhǎng)，溢洪道出口與河道夾角約為38°，這就要求挑流水舌必須大角度導(dǎo)向，避免對(duì)右岸的直接沖刷。溢洪道出口河床寬度僅為12m，溢洪道寬度與河道寬度之比又非常大，達(dá)到9/12=3/4；另外，挑坎下游70m處有一約8m寬的埡口，這就要求控制水舌挑距，挑距不能過大，必須適應(yīng)河道的要求。本文主要針對(duì)此類順直、狹長(zhǎng)河道的溢洪道消能設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

1 工程概況

斯木塔斯水電站工程為Ⅱ等、大(2)型工程，主要建筑物由主壩、副壩、泄水建筑物、發(fā)電引水建筑物、水電站廠房等組成，最大壩高106m。溢洪道布置在左岸，單孔，孔寬9m。溢流堰采用駝峰堰，進(jìn)口控制段布置在左壩肩處，溢洪道軸線與壩軸線夾角90°。陡槽由緩坡接陡坡組成，緩坡坡度為0.005；緩坡和陡坡之間用渥奇面連接，渥奇方程為Y=0.013X2+0.005X；陡坡坡度為0.8，布置為臺(tái)階溢流面，階高1m；出口采用窄縫式扭曲坎挑流消能設(shè)施。溢洪道500年一遇設(shè)計(jì)泄量為420.0 m3/s，5000年一遇校核泄量為559.6 m3/s。

2 模型試驗(yàn)簡(jiǎn)介

水工模型為比尺1/30整體模型，試驗(yàn)?zāi)M范圍：溢洪道包括進(jìn)口引渠至出口挑坎以下200m的范圍，導(dǎo)流兼深孔泄洪洞包括進(jìn)口引渠至出口挑坎以下250m的范圍。模型中針對(duì)臺(tái)階段與光滑段的銜接方式(凸式銜接及凹式銜接)、臺(tái)階高度(0.5m、1m和2m)及出口挑流形式進(jìn)行了比較。

3 試驗(yàn)成果

對(duì)于臺(tái)階段與光滑段的銜接方式，經(jīng)模型試驗(yàn)論證，凸式銜接體型陡槽首部出現(xiàn)較大負(fù)壓，而且該區(qū)域是清水區(qū)，不能進(jìn)行摻氣減蝕；另外從流態(tài)方面看，小流量工況流態(tài)不良，形成挑流，水舌沖擊臺(tái)階陡槽，濺水劇烈，濺水高度大幅度高于溢洪道邊墻，最終采取凹式銜接。

臺(tái)階高度0.5m時(shí)存在的問題是消能率減小，使進(jìn)入挑坎的水流流速增加，造成水舌挑距增加10m左右，不利于消能防沖；臺(tái)階高度2m時(shí)存在的主要問題是小流量工況流態(tài)不良，形成挑流，水舌沖擊臺(tái)階陡槽，濺水劇烈，濺水高度大幅度高于溢洪道邊墻?？梢娕_(tái)階高度0.5m、2m不適合該工程。

為適應(yīng)河道的要求，該工程采用窄縫挑坎。對(duì)于窄縫挑坎，一般而言小寬深比窄縫挑坎容易實(shí)現(xiàn)大導(dǎo)向，大寬深比窄縫挑坎不容易實(shí)現(xiàn)大導(dǎo)向。可見，常規(guī)的窄縫挑坎難以適應(yīng)該河道的特點(diǎn)，經(jīng)試驗(yàn)論證最終采用分流墩窄縫扭曲坎式挑流消能。原設(shè)計(jì)中的挑流消能方式，水流嚴(yán)重沖擊左岸，挑距太大；另外，該水舌不是所要求的縱向拉開水舌，水舌中下部有兩股水流，一股大幅度朝右偏轉(zhuǎn)，沖擊右岸，另一股大幅度向左偏轉(zhuǎn)，沖擊左岸。分流墩窄縫扭曲坎式挑流消能方式能形成所要求的縱向拉開水舌，除了校核工況外，其他各種流量的水舌都在河槽，水舌形態(tài)良好，滿足該工程要求。從結(jié)構(gòu)方面看，分流墩墩頭采用折線形鈍頭墩，既保證了流態(tài)，又避免了采用鋼材建造，兩側(cè)邊墻不高，其受力也不大，適合該工程條件。

溢洪道推薦體型見下圖。

溢洪道推薦體型圖

3.2 臺(tái)階陡槽的流態(tài)

a.緩坡段。彎道上游水流比較平順，水流進(jìn)入彎道，產(chǎn)生沖擊波，右側(cè)水面低，左側(cè)水面高。彎道水流比較平順，對(duì)下游水流的影響不大。

b.陡槽段。渥奇面過渡段受彎道水流的影響不大，曲面水流比較平順，進(jìn)入臺(tái)階陡槽的水流正常，整個(gè)陡槽段水流平順，水面穩(wěn)定，下半段不僅底部，所有水體摻氣十分充分，呈乳白色。從摻氣情況看，有一明顯的規(guī)律：流量越小清水區(qū)越短，摻氣區(qū)越長(zhǎng)；流量越大，清水區(qū)越長(zhǎng)，摻氣區(qū)越短。

3.3 臺(tái)階陡槽的壓強(qiáng)分布

高職酒店英語(yǔ)教學(xué)內(nèi)容必須以酒店的核心工作和任務(wù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建任務(wù)型教學(xué)模式，把教學(xué)和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來?？梢园凑找韵聝?nèi)容來設(shè)計(jì)教學(xué)模塊：核心崗位—典型作業(yè)任務(wù)—具體工作項(xiàng)目。

試驗(yàn)觀測(cè)了工作閘門全開時(shí)校核水位、設(shè)計(jì)水位、正常水位的壓強(qiáng)分布。測(cè)試結(jié)果顯示：堰面及緩坡段無負(fù)壓，壓力分布規(guī)律正常，滿足設(shè)計(jì)要求。

渥奇面上有微小負(fù)壓，最大值不過-6.47kPa，在該曲面上，流速并不高，斷面平均流速不足15m/s，不屬于高速水流，微小的負(fù)壓不會(huì)產(chǎn)生空蝕破壞。

3.4 摻氣濃度

由試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)可知臺(tái)階陡槽先是清水區(qū)，其后是摻氣區(qū)，摻氣濃度沿程增加，出臺(tái)階陡槽后，摻氣濃度沿程減小。從摻氣濃度量值來看，其值始終大于3%～4%，滿足摻氣減蝕要求。

3.5 臺(tái)階陡槽消能率

主要工況下得到的臺(tái)階陡槽消能率見下表。有一明顯的規(guī)律：流量越小，消能率越高，甚至高達(dá)90%以上。中小流量時(shí)臺(tái)階消能率超過80%，臺(tái)階起到了應(yīng)有的作用。

臺(tái)階陡槽消能率表

3.6 消能防沖

3.6.1 流態(tài)

溢洪道在正常水位下，無論閘門開度如何變化，水舌位置始終比較理想，水舌縱向拉開情況正常；設(shè)計(jì)水位下，水舌位置和水舌形態(tài)比較好；但校核水位、閘門全開情況下，水舌位置和水舌形態(tài)不夠理想，表現(xiàn)在水舌濺水比較劇烈。水舌內(nèi)挑距最小為27m，外挑距最大為62m，均滿足工程要求。

3.6.2 下游河道沖淤地形

由于溢洪道臺(tái)階段消耗了大部分能量，下游河道沖坑、淤積都較輕微，校核洪水位時(shí)最大沖深8.7m，淤積高程點(diǎn)為1826.4m處。

4 結(jié) 語(yǔ)

模型試驗(yàn)研究表明：與光滑溢流面相比，臺(tái)階溢流面有較好的消能效果，其消能率與臺(tái)階尺寸、單寬流量等因素有關(guān)，當(dāng)臺(tái)階尺寸一定時(shí)，小流量的情況下消能率較高。

臺(tái)階陡槽溢洪道的消能作用是顯而易見的，在實(shí)際工程中的應(yīng)用也非常廣泛，是一種很有前途的新型消能設(shè)施。本文所述消能型式針對(duì)的是河道狹窄順直地形，此類工程可以參考借鑒。

加納最大水電站項(xiàng)目竣工移交

日前，由我國(guó)施工的加納P7項(xiàng)目完成合同及相關(guān)要求，正式移交給加納沃爾特河管理局。

該項(xiàng)目由世界銀行出資，是西非電力網(wǎng)330千伏沿海輸變電骨干網(wǎng)工程之一。主要工作內(nèi)容是對(duì)阿科松博水電站的設(shè)備修復(fù)。

阿科松博水壩建成于1967年，裝機(jī)容量91.2萬千瓦，是加納全境最大的水電站。該電站在滿足加納首都阿克拉動(dòng)力工業(yè)區(qū)和國(guó)內(nèi)電力供應(yīng)外，還向多哥、貝寧等國(guó)輸出電力。由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，水電站部分設(shè)備設(shè)施老化嚴(yán)重，已影響到電站的正常運(yùn)行。

來源：北極星水力發(fā)電網(wǎng)、中國(guó)農(nóng)村水電及電氣化信息網(wǎng) 2014年3月31日

http://shp.mwr.gov.cn/xyywgzdt/hyyw/201403/t20140329_553562.html

SimutasiHydropowerStationStepSpillwayEnergyDissipationDesign

WANG Li-yan

(XinjiangHydroandPowerDesignInstitute,Urumqi830001,China)

Model test of Xinjiang Simutasi hydropower station step spillway showed that: the step over-flow surface has excellent energy dissipation effect; its energy dissipation rate is related with step size, single-wide traffic and other factors. The elimination energy rate can reach 80% or higher in the case of small flow. The downstream scour depth is also decreased. The condition is introduced in the paper.

hydropower station; step; spillway; energy dissipation

TV653

A

1673-8241(2014)04-0065-03