韓 爽，楊 英，胡曉霖

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司科學研究院吉林長春130061；2.水利部綜合事業(yè)局，北京100053）

1 工程概況

大丫口水電站位于云南省臨滄市鎮(zhèn)康縣南汀河流域，是南捧河上的龍頭電站，為引水式電站。大壩為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂長307.00 m、寬5.00 m、最大壩高92.00 m。

壩中部設3個凈寬為10.00 m的溢流表孔（如圖），堰面為WES曲線，堰頂高程643.50 m；壩身設1個沖沙底孔，進口尺寸為2.5 m×5.0 m，孔底高程605.00 m，出口尺寸為2.5 m×4.0 m；在拱壩下游布置頂高程為577.00 m的二道壩，形成長230 m的人工水墊塘。河床基巖為灰?guī)r，具有較強的抗沖能力。

設計、校核洪水P=0.5%、Q0.5%=1015 m3/s；P=0.05%、Q0.05%=1372 m3/s。消能工設計洪水P=2%、Q2%=800 m3/s。水庫正常高蓄水位650 m。

圖1 設計方案

2 研究成果

試驗研究在比尺為50的正態(tài)模型并采用整體定床和局部動床相結合的布置方式進行。

2.1 設計方案研究

溢流孔敞泄施放洪水，水流行進方向與閘口布置相對順暢，溢流孔流速分布較均勻，使下泄水舌落點趨于一條直線，相對集中的下泄能量在水墊塘中得到了有效的削減，對二道壩下河床基本無不利沖刷影響。但因下泄水舌橫向拉深寬度較大，水舌兩側邊緣直接砸擊在陡峻的山體兩岸，并受溢流孔出口與下游河道的相所限，對右岸山體的砸擊強度偏大，既不利于山坡的穩(wěn)定又危及水墊塘的正常運用。

2.2 修改方案研究

鑒于設計方案的試驗結果，修改研究試圖將溢流孔尾坎挑起的水舌在橫向范圍內彼此錯開、在縱向空間上盡量延展，以增大下泄水流的散落面積，達到減輕對下游河床沖刷的同時又減弱對兩岸山體砸擊的雙重目的。

2.2.1 修改方案一

將左、右溢流孔邊墩的左、右一側各設置了寬為1.0 m的寬尾墩，意在縮減水舌寬度。但水流被集中后，勢必加大對河床的沖擊能力，因此沿溢流孔的尾坎末端增設了高程不同的小尺度差動坎，利用不同的挑射角將水股分層，以其分散水舌的落點。

修改方案一：差動坎的齒高 0.9 m，1.4 m，槽高保持原高程634.50 m；兩側邊孔因齒、槽的設置被分割成四部分，中孔被齒、槽分割成五部分。此外為使水流在橫向范圍內可以沿展的更充分，將齒的兩側邊緣設置成1∶1的斜坡形狀（如圖2）。

泄放P=0.5%洪水時，差動坎上齒、槽特別是寬尾墩的作用使水舌的橫向寬度由42 m變成33 m，但差動坎的齒高使水舌分層不明顯，有進一步修改的必要。

2.2.2 修改方案二

將溢流壩邊孔兩側的寬尾墩寬度由1.0 m增至1.5 m，齒高設為1.50 m、槽高程634.50 m，同時將方案一的小尺度差動改成了大尺度差動，即齒、槽把兩側邊孔分割成兩部分，將中孔分割成三部分，如圖3所示。

泄放P=0.5%洪水時，寬尾墩墩厚的增加再次縮減了下泄水舌的橫向寬度，由方案一的33 m變?yōu)?0 m，水舌縱向厚度為13 m，加大了對河床的沖刷強度。

2.2.3 修改方案三

圖2 修改方案一

圖3 修改方案二

圖4 修改方案三

由修改方案一、二研究：其一寬尾墩厚取1.5 m對下泄水舌的縮減作用更加明顯；其二大、小尺度差動對下泄水舌的縱向拉伸沒有明顯區(qū)別。進一步對齒、槽進行調整時，為方便施工選擇在大尺度差動上開展。

方案三將右孔邊墩上的寬尾墩厚度由1.5 m增加到2.0 m，兩側邊孔的齒高分別調整為1.68 m和2.94 m，中孔齒高為2.5 m，如圖4。

泄放P=0.5%洪水時，從3個溢流孔宣泄的水流經(jīng)差動坎不同的齒高挑射后，水舌被分層，其水股厚度明顯變薄，跌入到下游河道的水舌落點呈分散的狀態(tài)。最大和最小的水舌挑距分別為53 m、63 m，水舌橫向寬度27 m。

2.2.4 小 結

1）各修改方案泄放洪水時，對泄流能力沒有影響。修改方案三水舌的挑距最遠，水舌的橫向寬度最窄（見表1）。

表1 各方案施放洪水P=0.5%水舌的挑距及橫向寬度

2）修改方案三無論從下泄水舌對河床的沖淤（見表2）還是對山體的砸擊均優(yōu)于其它方案。

3）二道壩保證了下游河床在水舌下落區(qū)域內有足夠的水墊厚度，以緩解下泄水流對河床的沖擊。但設計將二道壩堰頂?shù)倪^流寬度由原45.0 m調整成30.0 m，受右岸山體走勢的限制，即在二道壩的尾坎斷面其橫向寬度被縮減到僅有7.0 m，增加了下行水流的流速。為減輕從二道壩宣泄而下的水流對其河床的沖刷：一是降低二道壩的堰頂高程；二是增加尾坎斷面的過流寬度。而增大過流寬度必須對右岸山體進行開挖，增加工程的投資。由修改方案三的研究結果，將二道壩的堰頂高程由577.0 m降低到575.0 m，此方案作為研究的最終推薦方案。

表2 各方案施放洪水P=0.5%沖坑最低、淤積最大高程

2.3 推薦方案運用

大丫口水電站泄洪為敞泄、控泄兩種，即小頻率洪水保證正常高水位650.00 m調度運用。試驗研究給出兩種具有代表性組合：1）均勻調度3個溢流孔開啟，該組合是下泄水舌在橫向沿展寬度最大的運行方式，便于觀察水舌的兩側邊緣對山體的砸擊；2）是采用兩孔敞泄，余下的泄量附加第三孔的小開度聯(lián)合調度，該組合是下泄流量比較集中，對河床的沖擊力度相對較大。

運用成果如下：

1）推薦方案滿足泄量要求，且堰面沒有負壓產(chǎn)生。

2）左、右孔兩側寬尾墩頂高程643 m，施放泄洪時，無淹沒弧門鉸的現(xiàn)象。

3）施放消能設計頻率洪水，拱壩下游至二道壩區(qū)域，在動床試驗中岸邊最大流速為4.99 m/s、在定床試驗中岸邊最大流速為7.06 m/s。

4）宣泄各級流量時，壩下的沖刷都不危及建筑物的安全運行（見表3、表4）。

表3 推薦方案施放各級頻率洪水下泄水舌的挑距及橫向寬度

5）二道壩尾坎斷面受山體的限制突然收縮，使尾坎下右岸一側水面起伏劇烈，導致在兩側岸邊產(chǎn)生的流速差異很大，宣泄消能頻率洪水時，尾坎后20 m斷面右岸最大流速可達13.15 m/s，應給予適當?shù)姆雷o。

表4 推薦方案各泄量下游最大沖深及堆積高程

3 研究結論

高壩消能采用適合的差動坎形式及輔以邊孔寬尾墩的聯(lián)合布置，能有效地削弱下泄水流的動能，從而達到縮減水墊塘范圍及降低二道壩設置的高程、節(jié)約工程投資的目的。