郭紅民，王靜靜，向光明，杜曉帆

(三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌 443002)

1 工程概況

黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內(nèi)，采用堤壩式開(kāi)發(fā)，是瀾滄江上游古水至苗尾河段水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)方案的第五級(jí)水電站，以發(fā)電為主。攔河大壩為混凝土重力壩，樞紐主要由混凝土重力壩、壩身泄洪放空建筑物、左岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成，屬Ⅰ等大(1)型工程。工程設(shè)計(jì)采用河床一次攔斷截流，右岸1#導(dǎo)流洞分流。1#導(dǎo)流隧洞進(jìn)口高程為1 473.0m，洞身長(zhǎng)1 121.959 m，洞身為方圓型斷面，斷面尺寸為16m×20m，頂拱中心角120°，隧洞底坡為i=0.362%。

2 模型設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用正態(tài)整體局部動(dòng)床模型，按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)，模型與原型保持幾何相似、水流運(yùn)動(dòng)相似及動(dòng)力相似。模型幾何比尺為1∶50。模型長(zhǎng)度范圍為上起導(dǎo)流洞進(jìn)口上游500m，下至導(dǎo)流洞出口以下800m，原型全長(zhǎng)約2 800m，相應(yīng)模型長(zhǎng)度約56m。模型共設(shè)置了8個(gè)水位測(cè)站，布置位置如下:導(dǎo)流洞進(jìn)口上游400m、導(dǎo)流洞進(jìn)口、戧堤上(上游圍堰)、戧堤下、壩址、下游圍堰、導(dǎo)流洞出口、甸尾渣場(chǎng)(尾門即模型尾水位控制站)。工程采用的截流標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇11月中旬平均流量695m3/s。模型試驗(yàn)中主要采用861，695，423 m3/s這3種截流流量進(jìn)行試驗(yàn)。黃登模型平面布置圖如圖1所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

由于工期緊或爆破不完全等原因，導(dǎo)流洞進(jìn)出口圍堰可能無(wú)法拆除到預(yù)定高程，參考以往試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)［1－3］進(jìn)行了不同殘埂組合的對(duì)比試驗(yàn)，研究圍堰殘埂對(duì)導(dǎo)流洞泄流能力、龍口水力學(xué)參數(shù)及截流拋投材料的影響。

3.1 圍堰殘埂對(duì)導(dǎo)流洞泄流能力的影響

圖1 黃登模型平面布置圖Fig.1 Layout of the model of Huangdeng hydropower project

對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)出口存在圍堰殘埂的情況進(jìn)行了泄流能力比較試驗(yàn)。試驗(yàn)比較了4種殘埂組合情況，其分別為:①1#導(dǎo)流洞進(jìn)出口無(wú)殘埂;②1#導(dǎo)流洞進(jìn)口2m殘埂，出口無(wú)殘埂;③1#導(dǎo)流洞進(jìn)口無(wú)殘埂，出口2m殘埂;④1#導(dǎo)流洞進(jìn)出口各有2m殘埂。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)口上游水位的比較可知，導(dǎo)流洞進(jìn)、出口殘埂對(duì)導(dǎo)流洞的泄流能力有一定的影響，即:①相同流量下，圍堰殘埂對(duì)導(dǎo)流洞泄流能力的影響由大到小排列為進(jìn)出口各2m殘埂、進(jìn)口2m殘埂、出口2m殘埂。由此可見(jiàn)，導(dǎo)流洞進(jìn)口殘埂對(duì)導(dǎo)流洞的泄流能力影響相對(duì)較大，而出口殘埂對(duì)導(dǎo)流洞的泄流能力影響相對(duì)較小，故宜將導(dǎo)流洞進(jìn)口處施工圍堰盡可能拆除到設(shè)計(jì)高程;②圍堰殘埂組合情況相同時(shí)，隨著泄流量的增加，殘埂對(duì)導(dǎo)流洞的泄流能力的影響逐漸降低，當(dāng)泄流量達(dá)到1 600m3/s后，其影響已不明顯;③試驗(yàn)截流流量分別為423，695，861m3/s時(shí)，導(dǎo)流洞進(jìn)出口圍堰存在2m殘埂，相對(duì)于進(jìn)出口無(wú)殘埂的工況，戧堤上游水位分別升高0.49，0.44，0.14m。

3.2 圍堰殘埂對(duì)龍口水力參數(shù)的影響

導(dǎo)流洞進(jìn)出口圍堰殘埂的存在，必將對(duì)合龍時(shí)的龍口流速、龍口最大單寬流量等水力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生影響，對(duì)截流而言，無(wú)疑增大了截流的施工難度及不可預(yù)見(jiàn)性，但具體影響程度有多大，還有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。因此，針對(duì)截流流量分別為423，695，861m3/s時(shí)，導(dǎo)流洞進(jìn)出口無(wú)殘埂和進(jìn)出口均存在2m殘埂2種工況分別進(jìn)行模型試驗(yàn)。3種截流流量下，其龍口主要水力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

從表2可以看出:①3種截流流量下，導(dǎo)流洞進(jìn)出口有2m殘埂時(shí)，截流戧堤上游水位比無(wú)殘埂時(shí)增加了0.02～0.43 m，戧堤落差增加了0.07～0.46m，龍口最大流速增加了0.28～0.99 m/s。因此，導(dǎo)流洞進(jìn)出口有殘埂時(shí)的各項(xiàng)水力學(xué)參數(shù)相較于無(wú)殘埂時(shí)均有所增加;②相同圍堰殘埂組合情況下，隨著截流流量的增加，龍口水力學(xué)參數(shù)值依次增大，截流難度相應(yīng)增大;③截流流量為695m3/s時(shí)，各水力學(xué)參數(shù)的增值相對(duì)于無(wú)殘埂時(shí)均為3種流量中最大，圍堰殘埂的影響最為顯著。綜上所述可知，圍堰殘埂在一定程度上增加了截流的難度;截流流量達(dá)到695m3/s時(shí)，圍堰殘埂對(duì)截流的影響最大。

3.3 圍堰殘埂對(duì)截流拋投材料的影響

表1 戧堤上游水位變化Table 1 Water-level fluctuation in the upstream of closure dike

表2 主要截流水力學(xué)參數(shù)Table 2 Main hydraulic parameters of the river closure

進(jìn)出口圍堰殘埂增加了截流進(jìn)占時(shí)的戧堤落差、龍口最大流速等，因此，對(duì)截流過(guò)程中拋投材料的使用也會(huì)有一定的影響。為此，試驗(yàn)進(jìn)行了拋投材料的統(tǒng)計(jì)分析，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看出:①相同截流流量下，導(dǎo)流洞進(jìn)出口有殘埂時(shí)，拋投材料的用量大于無(wú)殘埂時(shí)的用量;而隨著拋投材料總量增加，流失量也有一定程度的增加;②相同圍堰殘埂組合情況下，隨著截流流量的增加，截流拋投材料的總量和流失量也增加;③截流流量為423 m3/s時(shí)，導(dǎo)流洞進(jìn)出口殘埂對(duì)拋投材料的影響不明顯，隨著截流流量的增加，導(dǎo)流洞進(jìn)出口殘埂對(duì)拋投材料的影響越來(lái)越大;④截流流量Q=861m3/s時(shí)，無(wú)論導(dǎo)流洞進(jìn)出口有無(wú)殘埂，截流難度都有所增加，當(dāng)龍口布置于右岸邊時(shí)，由于龍口較高流速的沖刷，岸邊棄渣基本全部被沖走，可能對(duì)戧堤施工工程量及戧堤施工安全帶來(lái)影響，故有必要對(duì)左岸棄渣岸坡先期進(jìn)行預(yù)進(jìn)占保護(hù)，然后再進(jìn)行從右岸向左岸的單向截流合龍。

表3 截流拋投材料變化及邊坡沖刷程度Table 3 Loss of dumped ripraps and degree of scour at the left-bank slope

4 結(jié)論

(1)導(dǎo)流洞進(jìn)出口殘埂對(duì)導(dǎo)流洞的泄流能力有一定影響，尤其泄流量較小時(shí)影響相對(duì)較大，隨著泄流量的增加，殘埂對(duì)導(dǎo)流洞的泄流能力的影響逐漸降低，當(dāng)泄流量達(dá)到1 600m3/s后，其影響已不明顯。導(dǎo)流洞進(jìn)口殘埂對(duì)導(dǎo)流洞的泄流能力影響相對(duì)較大，而出口殘埂對(duì)導(dǎo)流洞的泄流能力影響相對(duì)較小。故建議將導(dǎo)流洞進(jìn)口處施工圍堰盡可能拆除到設(shè)計(jì)高程。

(2)導(dǎo)流洞進(jìn)出口存在2m殘埂時(shí)會(huì)增加龍口流速、戧堤落差等水力學(xué)參數(shù)值，一定程度上增大了截流難度。且截流流量為695m3/s時(shí)，圍堰殘埂對(duì)截流的影響最為顯著。

(3)導(dǎo)流洞進(jìn)出口有殘埂時(shí)，截流拋投材料總量及流失量都有一定程度增加。且在流量為861m3/s的截流過(guò)程中，左岸河床及岸邊的棄渣材料大量沖刷流失，影響進(jìn)占施工的進(jìn)度和戧堤施工的安全。為此，考慮對(duì)左岸岸坡先期進(jìn)行預(yù)進(jìn)占適當(dāng)長(zhǎng)度以保護(hù)岸坡棄渣，然后再進(jìn)行由右岸至左岸的單向進(jìn)占合龍。經(jīng)過(guò)模型多次試驗(yàn)探索，左岸預(yù)進(jìn)占長(zhǎng)度以12m為宜。

［1］王繼保，郭紅民.大崗山水電站截流模型試驗(yàn)研究［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2009，26(12):50－53.(WANG Jibao，GUO Hong-min.Study on Experiment of River Closure of Dagang Mountain Hydropower Station Project［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2009，26(12):50－53.(in Chinese))

［2］劉海博，郭紅民，朱宏偉，等.糯扎渡水電站截流模型試驗(yàn)研究［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，30(3):38－40.(LIU Hai-bo，GUOHong-min，ZHU Hong-wei，etal.Research on River Closure Model Test of Nuozhadu Hydropower Station［J］.Journal of China Three Gorges U-niversity(Natural Sciences)，2008，30(3):38－40.(in Chinese))

［3］肖桃李，魏文俊.基于模型試驗(yàn)的導(dǎo)流洞圍堰殘埂對(duì)截流的影響研究［J］.長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，8(1):122－125.(XIAOTao-li，WEI Wen-jun.Impact of the River Closure on Diversion Tunnel Residual Cofferdam Based on Model Test［J］.Journal of Yangtze University(Natural Science Edition)，2011，8(1):122－125.(in Chinese ))