小灣水電站樞紐泄流霧化研究

余記遠(yuǎn)+陳豪

摘 要：本文根據(jù)小灣電站泄流霧化的原觀資料，對低水位不同泄流工況產(chǎn)生霧化進(jìn)行了分析，初步得出了低水位泄流時霧化影響范圍和降雨強(qiáng)度，并針對本次原型觀測中存在的問題進(jìn)行了總結(jié)，為小灣水電站后續(xù)霧化研究提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：小灣水電站 聯(lián)合消能 降雨強(qiáng)度 泄流霧化

概述

小灣水電站位于云南省西部南澗縣與鳳慶縣交界的瀾滄江中游河段，在干流河段與支流黑惠江交匯處下游1.5km處，系瀾滄江中下游河段規(guī)劃八個梯級中的第二級。小灣水電站水庫庫容150億m3，系瀾滄江中下游河段的“龍頭水庫”，具有不完全多年調(diào)節(jié)能力。小灣水電站壩址區(qū)山高谷窄，最大泄流落差226.26m，最大泄流流量20683m3/s（校核洪水），相應(yīng)下泄功率6400萬kw，為世界同類壩型前列，其 “大泄量、高水頭、窄河谷”的泄流消能問題突出，而且由壩體泄量約占樞紐泄洪總量的60%，因而隨之產(chǎn)生的泄流霧化令人擔(dān)憂。

開展水力學(xué)原型觀測試驗(yàn)受來水和電網(wǎng)調(diào)度影響較大，截止2013年汛期，小灣水電站在1100m、1127.82m低水位時開展了兩次原型觀測。壩身導(dǎo)流期水力學(xué)原型觀測工況下主要開展了壩身導(dǎo)流中底孔、放空底孔、壩后水墊塘的流態(tài)、動水壓力、底流速、震動、空穴監(jiān)聽及泄流霧化等水力學(xué)觀測項(xiàng)目，本文重點(diǎn)研究泄流時產(chǎn)生的霧化降雨情況，分析霧化降雨強(qiáng)度和降雨量縱、橫向分布。霧化分級依據(jù)南京水科院泄流霧化分級表1。

表1 南京水科院泄流霧化分級表

泄流霧化的初步觀測成果

1、霧化觀測方法

泄流霧化觀測以人工測量、攝像和照相三種方法相結(jié)合的方式進(jìn)行。在正式觀測前，觀察確定霧化觀測點(diǎn)范圍和布點(diǎn)位置。測點(diǎn)重點(diǎn)布置在下游公路、兩岸邊坡、電站的進(jìn)廠公路上。霧化雨量測量時使用雨量桶進(jìn)行，在閘門開啟前，將雨量桶布置在需要測量的位置，閘門開啟后，觀察霧化的區(qū)域，并根據(jù)霧化的區(qū)域，最終確定雨量桶放置的位置，并做好記號。正式測量開始前，雨量桶蓋始終關(guān)閉，當(dāng)閘門打開到所測量工況并穩(wěn)定后，打開雨量桶蓋并記錄雨量桶打開的時間，當(dāng)測量一段時間后，關(guān)閉雨量桶蓋，并依次記錄每個桶蓋子關(guān)閉的時間，把雨量桶移出霧化區(qū)，測量降雨量。同時，根據(jù)先前每個雨量桶的位置記號，測量雨量桶的坐標(biāo)。

霧化觀測時，同時對觀測區(qū)內(nèi)的自然氣象和泄流條件下的風(fēng)向、風(fēng)速進(jìn)行觀測，以綜合分析描述泄流霧化區(qū)的范圍及擴(kuò)散趨勢，與其地形條件、自然氣象條件及泄流流量等因素的影響關(guān)系。通過攝像和照相的方式，記錄水舌霧化縱向和橫向擴(kuò)散的范圍，分析研究霧化的影響范圍。

2、霧化觀測實(shí)況

2.1導(dǎo)流中孔局部開啟的霧化觀測

水位1100m時，1#、2#、3#孔導(dǎo)流中孔每個閘門均局部開啟2.5m，總泄流量為1250m3/s。霧化測點(diǎn)在左岸1020m平臺A區(qū)布置15個測點(diǎn)，1035m平臺B區(qū)布置7個測點(diǎn)，右岸1020m平臺A區(qū)布置17個測點(diǎn)，1030m平臺B區(qū)布置10個測點(diǎn)。典型測點(diǎn)霧化測量結(jié)果見表2。

表2 庫水位1100m霧化典型測點(diǎn)統(tǒng)計表

由表2可知，左岸▽1020m壩后150m區(qū)域內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)降雨量最大為12.37mm/h，最小為3.28mm/h，此區(qū)域降雨強(qiáng)度較大，根據(jù)南京水科院對霧化進(jìn)行的分級，此區(qū)域霧化強(qiáng)度等同于天然大暴雨或者特大暴雨。左岸▽1035m平臺基本無降雨，受霧化影響很??；右岸▽1020m壩后150m區(qū)域內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)降雨量最大為12.56mm/h，最小為3.39mm/h，壩后150m區(qū)域外降雨量逐漸減小，其霧化強(qiáng)度等同于天然大暴雨或者特大暴雨。右岸▽1030m平臺降雨量較小，受霧化影響較小。由上可知，當(dāng)導(dǎo)流中孔單獨(dú)泄流時，霧化區(qū)主要集中在壩后150m以內(nèi)及1030m高程以下，此區(qū)域霧化強(qiáng)度等同于天然大暴雨，在1020m平臺上人穿雨衣基本上可以通行。

2.2導(dǎo)流中孔、放空底孔聯(lián)合泄流的霧化觀測

水位1127.82m時，觀測工況如表3 所示。在左岸1020m平臺A區(qū)布置11個測點(diǎn)，1035m平臺B區(qū)布置7個測點(diǎn)。右岸1020m平臺A區(qū)布置16個測點(diǎn)，1030m平臺B區(qū)布置11個測點(diǎn)，1060m平臺C區(qū)布置5個測點(diǎn)。典型測點(diǎn)霧化測量結(jié)果見表4。

表3 庫水位1127.82m觀測工況

表4 庫水位1128m霧化典型測點(diǎn)統(tǒng)計表

根據(jù)表4得到，兩種工況下左岸▽1020m平臺降雨強(qiáng)度集中在壩后250m區(qū)域內(nèi)，最大降雨強(qiáng)度達(dá)331.12mm/h，此區(qū)域降雨強(qiáng)度大于特大暴雨，從壩后250m后開始，降雨強(qiáng)度逐漸減小，壩后337m處測點(diǎn)觀測時間內(nèi)基本沒有接到雨水，250m～330m之間區(qū)域降雨強(qiáng)度等同于天然大暴雨。

建議及意見

通過本次原型觀測，初步得出了低水位泄流時霧化影響范圍和降雨強(qiáng)度，但也暴露出一些問題，針對這些問題，提出如下意見和建議：

泄流霧化原型觀測的主要內(nèi)容包括泄流霧化降雨、泄流霧化濃度及霧化流運(yùn)動擴(kuò)散的形態(tài)范圍等，由于本次原觀水位低，下泄流量小，工況簡單，未對霧化濃度及霧化流動擴(kuò)散的形態(tài)范圍作深入研究，建議高水位泄洪表、中孔及泄洪洞泄流時，增加上述兩個方面的觀測內(nèi)容。

本次觀測水位較低且工況簡單，霧化影響范圍較小，降雨強(qiáng)度相對較低，但壩后300m范圍內(nèi)降雨強(qiáng)度遠(yuǎn)大于特大暴雨，人員及車輛在此范圍內(nèi)活動比較危險。本次霧化觀測主要采用人工測量，不同工況聯(lián)合泄流時霧化將愈加嚴(yán)重，安全隱患會較大，建議后續(xù)的霧化觀測采用自動化測量裝置。

考慮到后續(xù)觀測工況水位高，泄流表、中孔泄流時霧化影響范圍廣，降雨強(qiáng)度大，風(fēng)速較高等特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)本次原型觀測的結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)，有針對性的布置監(jiān)測點(diǎn)。

參考糯扎渡、二灘等水電工程泄流洞泄流的霧化情況，建議重點(diǎn)對泄流中、表孔聯(lián)合泄流、泄流洞泄流等工況的風(fēng)速、風(fēng)向做重點(diǎn)測量，以確定泄流霧雨的漂移擴(kuò)散方向。同時應(yīng)解決在不關(guān)閉閘門情況下不同工況轉(zhuǎn)換時自動化測量設(shè)備工作的連續(xù)性、穩(wěn)定性。

小灣壩址區(qū)地形條件復(fù)雜，制定邊坡綠化方案時應(yīng)充分考慮泄流雨霧影響。

結(jié)語

通過泄流霧化觀測試驗(yàn)，初步得出了小灣水電站泄流的霧化降雨強(qiáng)度及影響范圍，雖然本次觀測壩前水位較低，泄洪工況較為簡單，但通過本次原型觀測，為今后小灣水電站高水位復(fù)雜工況下開展泄流霧化原型觀測提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周輝，吳時強(qiáng)，陳惠玲.泄洪霧化的影響及其分區(qū)和分級防護(hù)初探.

[2] 小灣水力學(xué)原型觀測報告.中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院科學(xué)研究分院.

（作者單位：華能瀾滄江水電有限公司）endprint