某水利樞紐工程二期施工導(dǎo)流試驗研究

潘宣何 葉玉康 袁國金

（1.湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司 長沙市 410004；2.長沙理工大學(xué) 長沙市 410000）

1 工程概況

某水利樞紐工程位于廣西西江水系的黔江河段，是一座以防洪、水資源配置、航運、發(fā)電為主，結(jié)合灌溉等綜合利用。工程總庫容34.3億m3，屬Ⅰ等工程。水庫正常蓄水位61 m，校核洪水位62.02 m。樞紐建筑物由泄水建筑物、河床式發(fā)電廠房、擋水壩、船閘、灌溉取水口、開關(guān)站及魚道等組成。

水工建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)：混凝土壩及土石壩設(shè)計洪水重現(xiàn)期均采用1 000年；混凝土壩校核洪水重現(xiàn)期采用5 000年，土石壩校核洪水重現(xiàn)期采用10 000年；河床式水電站（擋水部分除外）設(shè)計洪水重現(xiàn)期采用200年，校核洪水重現(xiàn)期采用1000年；消能防沖建筑物設(shè)計洪水重現(xiàn)期采用100年。船閘設(shè)計最高通航水位設(shè)計洪水采用10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

可研階段，樞紐平面布置方案二施工采用三期導(dǎo)流，方案布置見圖1，導(dǎo)流建筑物為4級，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為圍堰對應(yīng)擋水時段20年重現(xiàn)期洪水。一期采用全年擋水圍堰圍左岸，由右側(cè)河床過流、通航；二期圍右岸，施工廠房壩段，利用左岸12孔寬度為10 m的低孔和寬度145 m的導(dǎo)流明渠過流，導(dǎo)流明渠通航；三期采用上、下游枯水橫向圍堰圍中部明渠，由已建的12孔低孔過流，由建成的船閘通航。

樞紐二期施工導(dǎo)流工期緊、水流條件復(fù)雜，本文將采用模型試驗對樞紐施工期二期導(dǎo)流及通航條件進(jìn)行研究，提出改進(jìn)措施建議，對施工期通航作出評價。

模型比尺為1∶100，正態(tài)模型[1]，按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計，試驗工況如附表所示。

附表 試驗工況表

圖1 施工導(dǎo)流方案平面布置圖

2 原方案試驗結(jié)果分析

現(xiàn)階段工作的研究重點為樞紐施工期二期通航條件，4種運行工況中，小流量工況工程河段和明渠段流速和水深比較小，主要用來驗證通航水深，大流量工況工程河段和明渠流速比較大，流態(tài)復(fù)雜，故作為導(dǎo)流方案優(yōu)化的控制工況。

23 500 m3/s流量條件下，原布置方案工程河段流態(tài)見圖2。導(dǎo)流明渠及一期建造的12孔泄水閘由河道左側(cè)岸灘和邊坡擴挖后建成，二期導(dǎo)流期間，上游來流受二期上游橫向圍堰的阻擋，由右側(cè)深槽改道左側(cè)的明渠和泄水閘，水流方向發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)。由于水流邊界過渡條件不佳，右側(cè)偏轉(zhuǎn)水流繞過二期縱向圍堰頭部后在明渠段形成大范圍的回流，回流區(qū)橫向范圍達(dá)到導(dǎo)流明渠寬度一半，回流區(qū)縱向影響至明渠末端，明渠段水流條件復(fù)雜，流速分布不均。三期縱向圍堰頭部繞流也影響了右側(cè)兩低孔的過流能力，從而增大了明渠的泄流量；部分水流越過三期縱向圍巖匯入導(dǎo)流明渠，影響了明渠段左側(cè)的流態(tài)。主流過導(dǎo)流段后改道右側(cè)主槽，水流方向再次發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，并且對沖下游右岸，不利于主流擴散和下游河勢穩(wěn)定。該工況無法滿足通航要求。

圖2 原方案二期導(dǎo)流上下游流態(tài)

3 推薦方案試驗研究

3.1 推薦方案

為使施工導(dǎo)流二期滿足通航水流條件，經(jīng)多方案試驗，獲得二期導(dǎo)流推薦方案如下：①調(diào)整壩上游左側(cè)岸坡開挖線，避免無效開挖，同時使上游來流左側(cè)邊界更為順暢，減小主流偏轉(zhuǎn)幅度；②由上游主河槽起開挖底寬120 m、高程17.00 m的進(jìn)水渠至低孔前沿，引導(dǎo)主流至低孔附近水域，增大低孔下泄量，減少導(dǎo)流明渠分流比，從而降低明渠段水流速度；③縮短二期縱向圍堰上游頭部直段，改為弧形過渡段與二期上游橫向圍堰連為一體，使該部分二期圍堰起到導(dǎo)流的作用，改善上游來流右側(cè)邊界，消除原圍堰頭部的繞流造成的明渠段大范圍回流區(qū)；④將三期縱向圍堰頭部改為圓頭，降低三期縱向圍堰頭部繞流，改善右側(cè)兩低孔的過流能力；⑤增加三期縱向圍堰頂高程，使導(dǎo)流段的水流徹底分區(qū)，一方面維持住低孔上游與明渠間的水位差提高低孔泄流能力，另一方面避免低孔上游水流越過圍堰進(jìn)入明渠影響明渠的流態(tài)；⑥調(diào)整導(dǎo)流明渠出口段左側(cè)岸坡開挖線，通過岸坡擴挖以促進(jìn)導(dǎo)流段出口水流的擴散，減少方向偏轉(zhuǎn)幅度，使與下游水流的銜接更平順。優(yōu)化方案如圖3所示。

3.2 流態(tài)分析

優(yōu)化后的二期導(dǎo)流推薦布置方案見圖4，23 500 m3/s流量條件下工程河段流態(tài)見圖5。試驗表明，上游來流由右側(cè)主槽向左側(cè)明渠及低孔偏轉(zhuǎn)下泄過程中，沿程基本上緊貼兩側(cè)邊界流動，未出現(xiàn)明顯的水流脫離邊界的現(xiàn)象，流線較為連貫平順，縱向圍堰頭部繞流顯著改善，明渠段僅靠近二期縱向圍巖的局部水域有弱回流，右側(cè)低孔的過流能力也有所提高。試驗測得低孔上游的水位比明渠段水位高出0.70 m，表明擴挖的進(jìn)水渠起到了預(yù)期的引流作用，配合加高的三期縱向圍堰提高了低孔的泄流能力。導(dǎo)流段出口水流偏轉(zhuǎn)幅度減小，沿程擴散，流態(tài)平順。其他工況流態(tài)未見明顯不利流態(tài)。

圖3 二期施工導(dǎo)流優(yōu)化方案平面布置圖

圖4 推薦方案二期導(dǎo)流流態(tài)圖

3.3 流速分析

推薦布置方案改善了導(dǎo)流段進(jìn)出口的水流邊界條件，減小了明渠的分流比，改善了明渠內(nèi)的流態(tài)，渠內(nèi)流速分布較為均勻，23 500 m3/s流量條件下大部分測點測得的流速值均小于4.85 m/s，最不利流速分布斷面出現(xiàn)在泄水閘堰面位置，若通過挖深明渠的方式改善明渠段流速分布，需同時降低泄水閘堰面澆筑高程。若維持明渠現(xiàn)有高程不變，試驗表明當(dāng)下泄流量降至21 000 m3/s時，導(dǎo)流河段通航水域流速值小于4.85 m/s，可滿足助航要求；當(dāng)下泄流量降至6 500 m3/s時，導(dǎo)流河段通航水域流速值約為3.00 m/s，故當(dāng)下泄流量小于6 500 m3/s時可滿足自航要求。

二期縱向圍巖上游過渡段的沿程流速分布規(guī)律性較好：同一測點位置，流量越大，流速值越大；同一流量條件，沿程流速最大值出現(xiàn)在圓弧過渡段曲率最大的位置。

當(dāng)前，黔江武宣航道古息灘處有助航設(shè)施。通過現(xiàn)場調(diào)查，1 000 t貨船在30 m范圍內(nèi)有2 m落差，可經(jīng)過該處助航設(shè)施順利通航。因此壩址流量小于6 500m3/s時，船舶自航通過導(dǎo)流明渠；流量為（6500~21 000）m3/s時，采取助航措施可通過導(dǎo)流明渠。

圖5為平面流速分布圖。

圖5 平面流速分布圖

4 結(jié) 語

本文將采用模型試驗對工程平面布置方案二的施工期二期導(dǎo)流及通航條件進(jìn)行研究，提出改進(jìn)措施建議，并對施工期通航作出評價，得到以下結(jié)論：

（1）原方案水流邊界過渡條件不佳，偏轉(zhuǎn)水流繞過二期縱向圍堰頭部后在明渠段右側(cè)形成大范圍的回流，部分水流越過三期縱向圍巖匯入導(dǎo)流明渠左側(cè)，明渠段水流條件復(fù)雜，且導(dǎo)流段出口水流對沖下游右岸，不利于主流擴散和下游河勢穩(wěn)定。該工況無法滿足通航要求。

（2）通過多次試驗對二期導(dǎo)流布置方案進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后方案水流流線較為連貫平順，未見明顯不利流態(tài)。

（3）當(dāng)下泄流量降至21 000 m3/s時，導(dǎo)流河段通航水域流速值小于4.85 m/s，可滿足助航要求；當(dāng)下泄流量降至6 500 m3/s時，導(dǎo)流河段通航水域流速值約為3.00 m/s，當(dāng)下泄流量小于6 500 m3/s時可滿足自航要求。

（4）各工況導(dǎo)流明渠段流態(tài)連續(xù)，無明顯局部水面跌落，沿程水面跌落滿足30 m范圍內(nèi)不大于2 m落差的要求，導(dǎo)流段最小水深滿足通航1.50 m最小水深的要求。導(dǎo)流明渠段消力池的開挖澆筑對通航無明顯不利影響。

（5）二期縱向圍巖上游過渡段的沿程流速分布規(guī)律性較好：同一測點位置，流量越大，流速值越大；同一流量條件，沿程流速最大值出現(xiàn)在圓弧過渡段曲率最大的位置，建議圍堰施工時采取適宜的材料并進(jìn)行針對性的防護(hù)。

[1]黃倫超.水工與河工模型試驗[M].鄭州：黃河水利出版社,2008.

湖南省2016年最嚴(yán)格水資源管理考核結(jié)果出爐

短 訊

經(jīng)湖南省人民政府審定，近日湖南省水利廳等10個部門聯(lián)合發(fā)布通報，公布2016年度各市州實行最嚴(yán)格水資源管理制度考核結(jié)果。全省14個市州考核等級均為合格以上，其中常德市、湘潭市、長沙市、株洲市考核等級為優(yōu)秀。

根據(jù)《湖南省實行最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法》，湖南省水利廳會同省發(fā)改委、經(jīng)信委、財政廳、國土資源廳、環(huán)保廳、住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳、農(nóng)業(yè)委、審計廳、統(tǒng)計局組成考核工作組，于2017年上半年對2016年度各市州實行最嚴(yán)格水資源管理制度情況進(jìn)行了考核。

考核結(jié)果顯示，2016年湖南省水資源管理“三條紅線”年度控制目標(biāo)全面完成，全省用水總量330.36億m3、萬元工業(yè)增加值用水量75.73 m3（2010年不變價）、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)0.505、重要江河湖泊水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率92.5%。

通報指出，2016年湖南省水資源管理各項工作有序推進(jìn)。用水總量控制不斷加強，省、市、縣三級用水總量年度控制指標(biāo)體系全面建立，水資源論證和取水許可進(jìn)一步規(guī)范；水功能區(qū)和入河排污口監(jiān)管不斷加強，飲用水水源地保護(hù)成效明顯；水價改革初顯成效，節(jié)水型社會建設(shè)和水生態(tài)文明建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)；實行最嚴(yán)格水資源管理制度體系基本建立，水資源管理體制機制不斷完善，管理責(zé)任制有效落實。

同時，通報要求各地今后在落實最嚴(yán)格水資源管理制度上，要著力解決科學(xué)管水能力不足，水資源計量監(jiān)控能力建設(shè)滯后，管理信息化水平低；基層管水能力不足，水資源管理機構(gòu)和人員不足，節(jié)水、護(hù)水意識不強；依法管水能力不足，水資源管理制度體系和管理體制機制不健全，水資源管理剛性約束政策缺乏，還未真正形成水資源管理合力等問題。

——摘自《湖南水利網(wǎng)》2017-08-21