宋 方 剛, 馬 旭 東, 戴 光 清, 丁 治 平
(國(guó)電大渡河流域水電開發(fā)有限公司,四川 成都 610041)
猴子巖水電站截流模型試驗(yàn)研究及原型觀測(cè)對(duì)比分析
宋 方 剛,馬 旭 東,戴 光 清,丁 治 平
(國(guó)電大渡河流域水電開發(fā)有限公司,四川 成都610041)
摘要:本文以猴子巖水電站截流試驗(yàn)?zāi)P脱芯颗c猴子巖水電站工程截流水文資料觀測(cè)分析為基礎(chǔ),將模型試驗(yàn)結(jié)果與原型觀測(cè)結(jié)果對(duì)比分析,得到二者之間的異同,以及出現(xiàn)差異的原因,以期為后續(xù)山區(qū)河道截流工程提供理論指導(dǎo)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞:猴子巖水電站;模型試驗(yàn);原型觀測(cè);對(duì)比分析
1 工程概況
1.1猴子巖水電站概況
猴子巖水電站位于大渡河干流上游,是大渡河干流水電規(guī)劃調(diào)整“三庫22級(jí)”的第9個(gè)梯級(jí)電站,上接丹巴電站,下接長(zhǎng)河壩電站。正常蓄水位為1 842 m,相應(yīng)庫容為6.62億m3,水庫總庫容7.06億m3,死水位為1 802 m,調(diào) 節(jié) 庫 容 為
3.87億m3,電站具有季調(diào)節(jié) 能 力。裝 機(jī) 容 量
1 700 MW(425 MW×4臺(tái)),多年平均年發(fā)電量74.53億kWh。電站采用壩式開發(fā),樞紐建筑物主要由攔河壩、兩岸泄洪及放空建筑物、右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。
1.2截流模型試驗(yàn)概況
猴子巖水電站模型試驗(yàn)研究委托四川大學(xué),根據(jù)電站壩址區(qū)地形圖和模型設(shè)計(jì)圖,制作模型試驗(yàn)。按工程進(jìn)度需要,經(jīng)分析研究決定,重點(diǎn)研究單戧堤截流方案、寬戧堤截流方案和雙戧堤截流方案,通過模型試驗(yàn),得到了不同流量、不同截流方案下龍口水力學(xué)指標(biāo),以綜合評(píng)價(jià)截流難度,推薦合理的截流方案。即:在流量不大于570 m3/s時(shí),推薦采用單戧截流。在流量大于等于570 m3/s時(shí),推薦采用雙戧截流。單戧堤截流進(jìn)占過程中,宜采用上挑角的進(jìn)占方式。雙槍截流過程中,宜上、下戧堤同時(shí)進(jìn)占,但進(jìn)占方向相反,龍口位置交錯(cuò),進(jìn)占速度相同。
1.3截流施工及原型觀測(cè)概況
截流時(shí)段及原型觀測(cè)的時(shí)段從4月2日開始至4月6日結(jié)束,水力學(xué)要素觀測(cè)主要在截流合龍階段。整個(gè)截流施工及原型觀測(cè)從2日19點(diǎn)開始,5日15點(diǎn)結(jié)束,歷時(shí)64小時(shí)。截流實(shí)施采用模型試驗(yàn)推薦的單戧堤截流方案,采取雙向預(yù)進(jìn)占。在整個(gè)截流過程中,來水流量變化范圍為233~373 m3/s,龍口最大流速達(dá)9.85 m/s,最大落差為9.72 m。該電站圍堰截流的難度較高,主要表現(xiàn)在陡坡降、高流速、大落差、窄戧堤、單向進(jìn)占、高流速持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。
2模型試驗(yàn)成果與原型觀測(cè)成果對(duì)比分析
2.1導(dǎo)流洞分流能力
截流龍口水力學(xué)指標(biāo)與導(dǎo)流洞的分流能力直接相關(guān),同時(shí)也是截流難易程度的主要影響指標(biāo),其主要影響因素為隧洞進(jìn)口圍堰是否完全拆除。截流施工中,在實(shí)施截流之前拆除導(dǎo)流隧洞進(jìn)口圍堰,一般是采用爆破或反鏟開挖方式,由于水下施工,故一般該進(jìn)口圍堰均不能完全拆除,均會(huì)留有一定的殘埂。該殘埂在截流初期會(huì)一定程度影響導(dǎo)流隧洞泄流能力,甚至影響截流初期的截流難易程度。猴子巖水電站河道截流過程中,導(dǎo)流洞泄流能力原型觀測(cè)值與模型試驗(yàn)值對(duì)比如圖1所示。對(duì)比分析圖內(nèi)數(shù)據(jù),可得到以下結(jié)論:
(1)實(shí)際截流過程和模型試驗(yàn),導(dǎo)流隧洞泄流能力整體變化規(guī)律基本吻合,均隨導(dǎo)流隧洞進(jìn)口水位升高而逐漸增大,基本呈線性規(guī)律。
(2)實(shí)際截流過程中,在截流初期,導(dǎo)流隧洞水位在1 700.3 m~1 701.1 m范圍時(shí),導(dǎo)流隧洞泄流能力小于對(duì)應(yīng)水位的模型試驗(yàn)中隧洞泄流能力,說明截流施工中導(dǎo)流隧洞進(jìn)口圍堰沒有完全拆除,一定程度地影響了導(dǎo)流隧洞泄流能力。
圖1 導(dǎo)流隧洞泄流能力對(duì)比
2.2龍口流速變化規(guī)律
截流原型觀測(cè)和模型試驗(yàn)中,不同龍口水面寬度下,龍口內(nèi)流速變化規(guī)律如圖2所示,原型觀測(cè)中,限于時(shí)效性和非恒定性等影響因素,無法完整觀測(cè)龍口內(nèi)流場(chǎng)分布,僅觀測(cè)了龍口水流表面最大流速,根據(jù)圖內(nèi)數(shù)據(jù)表明,模型試驗(yàn)中實(shí)測(cè)龍口平均流速小于最大流速,并小于原型觀測(cè)中流速,二者不具有可比性,故主要對(duì)比最大流速。分析圖內(nèi)數(shù)據(jù)可得到以下主要結(jié)論:
圖2 不同龍口水面寬下龍口流速對(duì)比
(1)原型觀測(cè)中最大流速與模型試驗(yàn)中最大流速處于同一數(shù)量級(jí),且變化規(guī)律基本相同。
(2)原型觀測(cè)中最大流速9.85 m/s,對(duì)應(yīng)流量309 m3/s,龍口水面寬14.4 m,模型試驗(yàn)中流量為570 m3/s和740 m3/s時(shí),對(duì)應(yīng)最大流速為9.11 m/s和9.49 m/s,對(duì)應(yīng)水面寬分別為12 m和15 m。從以上數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比分析,原型觀測(cè)和模型試驗(yàn)龍口最大流速和水面寬較為接近,均位于龍口出現(xiàn)倒三角時(shí)段,但原型觀測(cè)中流量遠(yuǎn)小于模型試驗(yàn)流量。分析原因有兩方面,一方面我們采取對(duì)比分析,由于最大流速和測(cè)點(diǎn)關(guān)系較大不具備可比性,一般采用平均流速作對(duì)比。另一方面,最大流速與落差有關(guān),與流量關(guān)系不大。模型試驗(yàn)中計(jì)算了滲透流量,而原型觀測(cè)中對(duì)滲透流量未作計(jì)算。
(3)截流施工中,當(dāng)龍口流速達(dá)到最大流速9.85 m/s之后,由于戧堤無規(guī)律坍塌等因素,龍口和水面寬度會(huì)增大,從而致使流速會(huì)相對(duì)減小,但仍然大于8.0 m/s。
不同龍口流量下,模型試驗(yàn)及原型觀測(cè)中,龍口最大流速對(duì)比如圖3所示,圖內(nèi)數(shù)據(jù)表明:
圖3 不同龍口流量下龍口流速對(duì)比
(1)在區(qū)間A范圍內(nèi)(流量260 m3/s~135 m3/s),最大流速原型觀測(cè)值小于模型試驗(yàn)值,但最大流速原型觀測(cè)值卻隨流量減小而逐漸增大,主要原因在于雖然龍口流量相同,但二者水面寬度存在差異,對(duì)應(yīng)的龍口落差和單寬流量均存在差異,且模型試驗(yàn)值大于原型觀測(cè)值。
(2)在區(qū)間B范圍內(nèi)(流量130 m3/s~41 m3/s),最大流速原型觀測(cè)值和模型試驗(yàn)值位于同一量級(jí)范圍內(nèi),且B區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了最大流速極值,極值后隨龍口流量減小,最大流速也相應(yīng)減小,同時(shí)也說明在截流最困難區(qū)段內(nèi),龍口流量和導(dǎo)流隧洞泄流能是時(shí)決定截流難度的主要影響因素。
(3)區(qū)間C是龍口流速急速減小區(qū)段,同時(shí)也是截流施工度過困難段之后的最終合龍時(shí)段,該區(qū)段內(nèi)龍口流量減小,但由于落差增大而流速相對(duì)較大。原型觀測(cè)中高流速區(qū)段持續(xù)時(shí)間會(huì)長(zhǎng)于模型試驗(yàn)中高流速區(qū)段。
2.3龍口落差變化規(guī)律
不同水面寬度和不同龍口流量下,原型觀測(cè)和模型試驗(yàn)中龍口落差變化規(guī)律如圖4、圖5所示。具體分析圖內(nèi)數(shù)據(jù)可得到以下結(jié)論:
圖4 不同龍口水面寬度下龍口落差對(duì)比
圖5 不同龍口流量下龍口落差對(duì)比
(1)截流落差隨龍口逐漸縮窄和龍口流量減小而逐漸增大,同時(shí)也受上游來流量影響。
(2)實(shí)際截流施工過程中,由于戧堤的無規(guī)律坍塌等因素,截流龍口會(huì)出現(xiàn)不進(jìn)反退的狀態(tài),但其截流落差會(huì)持續(xù)增大,基本不會(huì)減小。
(3)在水面寬度10.5 m之前,龍口落差原觀值會(huì)始終小于模型試驗(yàn)值,原因在于模型試驗(yàn)流量大于實(shí)際截流流量。
(4)在龍口寬度出現(xiàn)不進(jìn)反退的10.5 m~15.9 m時(shí)段內(nèi),龍口流量相對(duì)減小,但其截流落差卻增大,甚至大于模型試驗(yàn)值。而在相同龍口流量區(qū)間內(nèi),龍口落差原型觀測(cè)值始終小于模型流量值。其主要原因?yàn)椋涸摃r(shí)段內(nèi)水面寬度增加是由于左岸預(yù)進(jìn)占戧堤坍塌引起的,而左岸預(yù)進(jìn)占戧堤坍塌后會(huì)由布置在左岸的備料填補(bǔ),并且水位的變化存在有一定的時(shí)差,導(dǎo)流隧洞進(jìn)口水位和戧堤上游水位持續(xù)增加,分流量增大,戧堤下游水位降低,所以在水面寬度增大的同時(shí),龍口流量減小、截流落差依然增大。
2.4龍口單寬功率變化規(guī)律
不同龍口水面寬度下,龍口單寬功率原型觀測(cè)值和模型試驗(yàn)值如圖6所示,分析圖內(nèi)數(shù)據(jù)可得到以下結(jié)論:
圖6 不同龍口水面寬度下龍口單寬功率對(duì)比
(1)在龍口寬度大于11.8 m時(shí)段內(nèi),單寬功率原型觀測(cè)值均小于模型試驗(yàn)值,原因在于模型試驗(yàn)流量遠(yuǎn)大于實(shí)際截流流量,模型試驗(yàn)中的截流落差,單寬流量值均大于對(duì)應(yīng)的原型觀測(cè)值。
(2)在龍口寬度在11.8 m~8.5 m區(qū)段內(nèi),為本次截流最困難時(shí)段,戧堤進(jìn)占有一個(gè)不進(jìn)反退的過程,但原型觀測(cè)中該區(qū)段內(nèi)單寬功率峰值大于對(duì)應(yīng)龍口寬度下時(shí)的單寬功率值。
(3)在龍口寬度小于8.5 m后,單寬功率原型觀測(cè)值始終大于試驗(yàn)流量為570 m3/s下對(duì)應(yīng)的單寬功率值。
3模型試驗(yàn)與截流實(shí)施對(duì)比分析結(jié)論
通過對(duì)比截流施工及實(shí)測(cè)參數(shù)與模型試驗(yàn)參數(shù)并進(jìn)行分析得出結(jié)論如下:
(1)根據(jù)工程進(jìn)度安排,截流時(shí)段選擇在2011年的4月份,設(shè)計(jì)流量為3月份20年一遇洪水流量506 m3/s,實(shí)際截流流量為233 m3/s~373 m3/s,均小于模型試驗(yàn)時(shí)最小流量570 m3/s。按照模型試驗(yàn)結(jié)論,本工程實(shí)際截流方式為單戧堤立堵進(jìn)占方案,戧堤布置在上游圍堰軸線前40 m,戧堤高選擇1 706 m(模型試驗(yàn)中推薦高程基本相當(dāng)),且未采取拋石護(hù)底措施,工程截流實(shí)施基本順利且與模型試驗(yàn)預(yù)測(cè)結(jié)果一致。
(2)對(duì)比原型觀測(cè)和模型試驗(yàn)中各項(xiàng)水力學(xué)指標(biāo)表明:原型觀測(cè)中各項(xiàng)水力學(xué)指標(biāo)變化規(guī)律與模型試驗(yàn)成果基本符合,說明模型試驗(yàn)?zāi)軌蛑笇?dǎo)實(shí)際河道截流施工。
(3)由于模型試驗(yàn)流量遠(yuǎn)大于原型觀測(cè)中流量,而二者對(duì)應(yīng)的龍口單寬功率卻大小基本相當(dāng),甚至原型觀測(cè)值大于流量為570 m3/s下對(duì)應(yīng)的
單寬功率。分析原因?yàn)樵陀^測(cè)中導(dǎo)流洞分流能力比模型分流能力差,導(dǎo)致原型與模型單寬功率接近。說明在河道截流施工中會(huì)具有更大的龍口單寬功率,故在山區(qū)河道截流中需考慮更大的截流難度。
(4)在施工中,根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,及時(shí)果斷決策是模型試驗(yàn)成果促使截流成功的關(guān)鍵。2011年4月2日,根據(jù)大渡河臨近汛期、來水量逐步加大的情況,及時(shí)決策啟動(dòng)了截流各項(xiàng)工作; 4月5日上午,根據(jù)截流龍口的實(shí)際條件,及時(shí)調(diào)整了拋投方向和適當(dāng)向上游側(cè)加寬右岸戧堤,從而避開了左岸戧堤的薄弱部位,確保了截流順利成功。分析觀測(cè)資料可知,主要是選擇在臨近汛期前實(shí)施圍堰分流,上游由于下雨及冰雪融化,流量在5日8時(shí),來水突漲并超過570 m3/s,且一直持續(xù)。
(5)導(dǎo)流洞分流效果不明顯。在截流戧堤處,河道主流位于河床中央,在天然情況下導(dǎo)流洞分流比約占總流量的9.4%。而觀測(cè)結(jié)果顯示,導(dǎo)流洞分流7.00 m3/s,分流比僅為2.62%,分流效果不明顯。分析得出導(dǎo)致實(shí)際分流困難的原因是導(dǎo)流洞殘埂增加了過水難度。
宋方剛(1984-),男,陜西西安人,碩士,工程師,處長(zhǎng),現(xiàn)在國(guó)電大渡河流域水電開發(fā)有限公司從事大型水電站施工管理工作;
馬旭東(1984-),男,四川達(dá)州人,工學(xué)博士,現(xiàn)在四川大學(xué)水利水電學(xué)院從事博士后研究工作;
戴光清(1954-),男,四川成都人,工學(xué)博士,四川大學(xué)教授(博導(dǎo)),主要從事水工水力學(xué),流體量測(cè)技術(shù)領(lǐng)域研究;
丁治平(1985-),男,陜西安康人,碩士,現(xiàn)在國(guó)電大渡河電力工程有限公司從事項(xiàng)目管理工作.
(責(zé)任編輯:卓政昌)
金沙江水電開發(fā)質(zhì)量檢查專家組檢查烏東德籌建工程建設(shè)
2015年3月23至27日,由中國(guó)工程院院士張超然、鄭守仁、馬洪琪等13位專家組成的金沙江水電開發(fā)質(zhì)量檢查專家組來到烏東德工地實(shí)地檢查籌建工程建設(shè)質(zhì)量,這是專家組第二次赴烏東德檢查工程籌建情況。專家組集中查勘了籌建工程現(xiàn)場(chǎng),查閱大量基礎(chǔ)資料,認(rèn)真聽取了參建各方的匯報(bào),分組與參建各方進(jìn)行了專題交流,對(duì)質(zhì)量保證體系建設(shè)和執(zhí)行、以及籌建工程質(zhì)量進(jìn)行了全面檢查。同時(shí),專家組還針對(duì)部分籌建工程項(xiàng)目的重大技術(shù)問題進(jìn)行了專題咨詢,提出了指導(dǎo)性的意見和建議。
收稿日期:2015-03-20
文章編號(hào):1001-2184(2015)02-0103-03
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
中圖分類號(hào):TV7;TU317+.1
作者簡(jiǎn)介: