洪澤站發(fā)電工況下消能防沖安全復核分析

周 亮， 紀 恒

(1.南水北調(diào)東線江蘇水源有限責任公司洪澤站管理所， 江蘇 淮安 223001；2.南水北調(diào)東線江蘇水源有限責任公司淮安分公司， 江蘇 淮安 223001)

洪澤站工程是南水北調(diào)東線第一期工程的第三梯級泵站之一，其主要任務(wù)是通過與下級金湖站聯(lián)合運行，由金寶航道、入江水道三河段向洪澤湖調(diào)水150 m3/s[1]，為洪澤湖周邊及以北地區(qū)供水，并結(jié)合寶應(yīng)湖、白馬地區(qū)排澇。樞紐除調(diào)水功能外，兼具防洪、排澇及發(fā)電功能。

洪澤站工程主要由泵站、擋洪閘、進水閘及進出水引河等部分組成。泵站設(shè)計流量150 m3/s，布置在洪澤湖大堤堤后約1 300 m。擋洪閘設(shè)計流量150 m3/s，位于洪澤湖大堤上，共3孔，每孔凈寬10 m，進水閘設(shè)計流量150 m3/s，位于泵站站下500 m，共4孔，每孔凈寬10 m。泵站引河布置于三河船閘與洪金干渠之間，總體上呈東西走向，分為3段，其中引河口至進水閘段長3 269 m，進水閘至泵站段長500 m，站上引河段1 303 m。

1 各建筑物及引河消能防沖設(shè)計

1.1 泵站

泵站站上設(shè)25 m長鋼筋混凝土護坦、60 m長漿砌塊石護底，護底末端至翼墻間護坡采用漿砌塊石護砌；站下設(shè)31.2 m長鋼筋混凝土護坦、60 m長漿砌塊石護底，護底末端至翼墻間護坡采用漿砌塊石護砌。

1.2 擋洪閘

閘室上游(洪澤湖側(cè))設(shè)構(gòu)造消力池，長20 m、深50 cm，其后為10 m長的混凝土防滲護坦和34 m長的混凝土護底，末端為拋石防沖槽；下游(站側(cè))設(shè)15 m長透水護坦，其后為45 m長混凝土護底。

1.3 進水閘

閘室上游(入江水道側(cè))設(shè)鋼筋混凝土防滲護坦，其后為30 m長灌砌塊石護底，護底末端與翼墻間的護坡采用混凝土護砌；下游(站側(cè))設(shè)構(gòu)造消力池，長13.5 m、深60 cm，其后為40 m長的灌砌塊石護底，末端為拋石防沖槽，防沖槽外5 m至翼墻間護坡采用灌砌塊石護砌。

2 計算分析方法

洪澤站有2套發(fā)電裝置[2]，一是泵站岸墻內(nèi)水輪機發(fā)電，流量為30 m3/s；二是泵站主機組反轉(zhuǎn)發(fā)電，流量為150 m3/s。本文主要就兩者共同發(fā)電工況下對其建筑物消能防沖及引河抗沖能力進行復核。

2.1 計算工況

消能防沖復核應(yīng)選擇可能最不利工況所對應(yīng)的水位、流量進行計算，根據(jù)洪澤站發(fā)電特征水位進行不利組合，并結(jié)合水位組合形成水頭差所確定的發(fā)電流量，形成以下消能防沖水位、流量組合(表1)。

表1 消能防沖水位、流量組合

2.2 建筑物消能防沖復核方法

根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL265—2016)[3]，建筑物消能防沖按附錄B進行計算，其中主要包括消力池計算，分別為消力池深度計算、消力池長度計算、消力池底板厚度計算、海漫長度計算及海漫末端河床沖刷深度計算。

2.3 引河防沖復核方法

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》(GB50288—99)附錄F《渠道允許不沖流速》進行引河的允許不沖流速計算。按引河土質(zhì)表F-1或F-2得水力半徑R=1時的允許不沖流速，當R≠1時，表中數(shù)值要乘以Rα。α按土質(zhì)情況取值：疏松的壤土、黏土α=1/3～1/4，中等密實和密實的壤土、黏土α=1/4～1/5，非黏土α=1/3～1/5。

站上引河河床土質(zhì)主要是由A層粉質(zhì)黏土、②層粉質(zhì)黏土、④層粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)壤土組成，屬黏性土，α按中等密實和密實的壤土、黏土進行取值，取α=1/5；站下引河河床土質(zhì)主要是由②層粉質(zhì)黏土、④層粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)壤土以及④’層重粉質(zhì)沙壤土、輕粉質(zhì)壤土組成，屬黏性土，α按中等密實和密實的壤土、黏土進行取值，取α=1/5。

3 計算結(jié)果分析

3.1 建筑物消能防沖復核計算分析

3.1.1 泵站

根據(jù)消能防沖復核計算方法，得洪澤站泵站消能防沖計算結(jié)果(表2)。

數(shù)據(jù)處理采用Inpho全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)軟件，該軟件全自動空三模塊基于特征匹配和最小二乘匹配相結(jié)合的多級影像金字塔匹配算法，提供高精度、高性能、高效率的空中三角測量成果。匹配點不足區(qū)域需手工添加連接點，進行區(qū)域網(wǎng)平差時將GPS攝站坐標作為帶權(quán)觀測值引入光束法區(qū)域網(wǎng)平差中，測區(qū)內(nèi)點位符合1∶2000數(shù)字正射影像圖制作要求后輸出空三加密成果。

表2 發(fā)電工況下泵站消能防沖計算成果

泵站上下游水位差較大，由于是發(fā)電工況，其勢能大部分轉(zhuǎn)化為電能，采用水閘規(guī)范所提供的消能計算方法已不適用，考慮到站下水深較大，而尾水流速也很低，因此認為站下消能能夠滿足要求。由表2可知，泵站下游在工況1、工況2、工況3消能防沖均能滿足要求，最不利組合工況4會造成海漫末端輕微沖刷，沖刷深度約0.41 m。

3.1.2 擋洪閘

根據(jù)消能防沖復核計算方法，得洪澤站擋洪閘消能防沖計算結(jié)果(表3)。

表3 發(fā)電工況下?lián)鹾殚l消能防沖計算成果

由表3可知，擋洪閘在4個工況下的消能防沖均滿足要求。

3.1.3 進水閘

根據(jù)消能防沖復核計算方法，得洪澤站進水閘消能防沖計算結(jié)果(表4)。

表4 發(fā)電工況下進水閘消能防沖計算成果

由表4可知，進水閘下游在工況1條件下消能防沖均滿足要求，工況2、工況3、工況4條件下消能及海漫長度滿足要求，但海漫末端河床會產(chǎn)生一定沖刷，工況4條件下沖刷深度較大，為1.24 m。

3.2 引河防沖復核計算分析

表5 發(fā)電工況下站上引河防沖計算成果

表6 發(fā)電工況下泵站與進水閘間引河防沖計算成果

表7 發(fā)電工況下進水閘前引河防沖計算成果

從表5～表7可知，各段引河在各個工況下的平均流速均小于允許不沖流速，滿足河道不沖要求。但這里需要說明的是，進水閘前引河在工況4時，其平均流速已非常接近允許不沖流速，由于理論計算與實際計算總存在一定偏差，因此該段引河存在沖刷可能。

3.3 計算結(jié)果

綜合以上4種工況下建筑物消能防沖復核計算及引河防沖復核計算分析，可知擋洪閘及站上引河在各工況下消能防沖均滿足要求。各工況下的消能、海漫長度均滿足要求，海漫末端河床除工況4有輕微沖刷外，其余工況均不存在沖刷問題。由于海漫長度較長，其末端河床輕微沖刷不會影響建筑物安全。進水閘閘下在各工況下的消能、海漫長度均滿足要求，海漫末端河床除工況1不產(chǎn)生沖刷外，其余工況均會產(chǎn)生不同程度的沖刷，沖刷深度在0.34～1.24 m，由于海漫長度較長，其末端河床輕微沖刷不會影響建筑物安全。站下引河各工況下的平均流速均小于允許不沖流速，滿足河道不沖要求，但進水閘前段引河在工況4時仍存在沖刷可能。

4 結(jié) 語

洪澤站反向發(fā)電時，為了確保相關(guān)建筑物及引河安全，提出如下建議。

(1)嚴格控制發(fā)電運行條件，當洪澤湖水位低于12.5 m或高于13.63 m，進水引河口水位低于7.5 m或高于10.0 m時，應(yīng)停止發(fā)電。

(2)當站下水位較低或站上水位較高時，可適當控制發(fā)電流量，以滿足建筑物及引河的防沖要求。

不同工況的控制流量見表8。

表8 不同工況流量控制

(3)定期檢查泵站站下和進水閘閘下海漫末端沖刷情況，若發(fā)現(xiàn)沖坑[4]，以拋石填平即可。