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格闹河水电站大坝导流洞设计

《河南水利与南水北调》2012年第8期1.工程概况格闹河水电站坝址位于贵州威宁县云贵乡与云南彝良县龙街镇的界河洛泽河干流河段上,采用引水式开发,坝址以上集水面积1923km2,多年平均流量24.6m3/s。

本工程大坝坝型为C15混凝土单曲拱坝,水库正常蓄水位1470m,死水位1468m,正常蓄水位以下库容160万m3,死库容126万m3,相应调节库容34万m3,库容系数0.04%,基本具有日调节性能。

2.水文条件格闹河水电站坝址位于贵州威宁县云贵乡与云南彝良县龙街镇的界河洛泽河干流河段上,坝址控制流域集水面积为1923km2,下距马路村水文站约47km。

厂址以上流域集水面积2768km2,距上坝址约12km。

洛泽河流域属亚热带季风气候区,气候具有明显的季节性,径流主要由降水补给。

径流与降水的时空分布一致,年际变化小但年内分配不均。

径流主要集中在6~11月,其中7~9月最集中,径流量占年总量的49%左右。

由于洛泽河流域内广布石灰岩,岩溶发育,故地下水丰富。

枯期径流主要靠地下水补给,其径流深往往超过流域降水量。

多年平均月径流最小为1~4月,且比较稳定。

本工程施工水文资料分别见表1、表2。

表1格闹河坝址不同频率分期洪水成果表单位:m3/s表2格闹河坝址水位~流量曲线关系表格闹河水电站大坝导流洞设计□刘凌(贵州省水利水电勘测设计研究院)摘要:地处南方山区中小河流大坝建设,由于冬季施工很少受到冰冻天气的影响,合理利用冬季枯水期时段施工,能有效地减少施工导流和度汛费用,文章主要介绍中小型水电站施工导流洞的设计。

关键词:导流标准;导流方式;导流流量月份P=33%P=20%P=10%P=5%全年457613844109010月-3月89.712818725110月-4月92.413219125511月-3月35.556.593.213611月-4月41.964.7103147Z(m)1446.21447144814491449.514501451Q(m3/s)02.319.763.894.3131220Z(m)1452145314541455145614571458Q(m3/s)31943758375095011801430物措施投资明显不足。

水土保持工程设计则因在施工阶段不断的修改变化,投资变化较大,特别是对国家投资的建设项目,与水土保持方案设计内容相差很大。

许多内容在主体工程设计与水土保持方案编制时均没有考虑。

如水利枢纽坝肩两侧高陡坡以及坝前的绿化通常在水土保持方案中考虑不够。

公路工程中取土场、弃渣场则因在初步设计阶段确定,且施工过程中变数很大,因此,水土保持方案与施工图设计相差更大。

5.4工程施工过程中水土保持流失问题验收阶段遗留的水土流失问题多数是因为施工管理过程中不重视水土保持造成,与水土保持方案本身无关。

水土保持方案在可行性研究阶段重点是:主体工程水土保持评价以及相应的约束性规定和要求,主体工程设计的优化要求、意见和建议;水土保持措施体系布局和措施典型设计;要重视投资控制(投资估列应充足),或者说是对主体工程设计可行性和合理性进行论证,保证水土保持方案本身措施布局合理与投资控制的准确性。

可以说,水土保持设计的重点是初步设计,因为本阶段主体工程设计详尽,水土保持措施设计深化后才能符合实际。

今后应加大对初步设计阶段水土保持章节(或专章)的审查。

收稿日期:2012-03-14工程设计□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□《河南水利与南水北调》2012年第8期3.导流标准和导流方式3.1导流标准本电站工程总库容207万m3,装机规模为50MW,工程等级以装机规模为标准,本工程规模为中型,工程等级为Ⅲ级。

根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)的规定,相应的临时建筑物为5级,相应的导流标准为P=20%。

3.2导流方式坝址位置水面宽40m。

两岸地形陡峭,河谷断面呈“U”字型峡谷,两岸山体雄厚,基岩裸露,坝基岩石坚硬、完整,强度高。

根据坝址地形、地质和水文条件,本工程显然不宜采用分期围堰导流方案,因为无论是先围左岸或是右岸,纵向围堰的布置都存在困难,如果采用土石纵向围堰,则将几乎占满基坑外的整个河床,如果用混凝土或浆砌石围堰,则由于河床覆盖层深,也需要水下清基后浇筑混凝土,或另修筑子围堰,工程量大,时间长。

总之由于河床狭窄,分期围堰时过水断面小,河水壅高,对围堰要求高,工程量大,很不经济,予以放弃。

根据地形情况,坝址河床两岸,没有开挖导流明渠的条件。

经比较,本工程导流方式采用全段围堰一次断流隧洞导流方式。

3.3导流洞的设计3.3.1导流方案的比选考虑到枢纽布置形式,结合水文、地形、地质条件等因素,右岸山体河床高程部位较缓,左岸山体雄厚,岩性对称,坝址处位于河湾下游,洞线布置在左岸相对较短,从地形上来说导流洞布置在左岸有利。

综合考虑导流洞布置在左岸相对经济合理可行。

3.3.2隧洞布置导流隧洞布置于大坝左岸,全长206.527m,隧洞进口直线段长19.417m,转弯段1长19.906m,转弯半径为40m,转角28.51°,中间直线段长113.59m,转弯段2长33.35m,转弯半径为40m,转角47.93°,出口直线段长20.15m。

隧洞进口底板高程为1449.00m,隧洞出口底板高程为1448.50m,底坡为0.24%。

3.3.3隧洞断面和进口型式选择及水力计算说明导流设计流量为Q=64.7m3/s,相应下游水位hd=1449.10m,在《格闹河坝址水位~流量曲线关系表(表2)》中内插。

导流洞设计时,考虑导流时段内导流标准对应的洪峰来临时隧洞泄流为有压流,而且导流时段内洪峰来临时上游对应的水位低,不考虑围堰形成的库容调节,上游壅高水位按导流洞过流洪峰流量控制,导流洞断面拟采用城门洞型断面,断面尺寸为3.5m×5m,进口闸门井采用3.5m×5m矩形断面,采用下式计算导流洞上游水位:3.3.3.1有压非淹没出流Q=μω2g(T0-hp)姨3.3.3.2有压淹没出流Q=μω2gZ姨式中:Q—为流量(m3/s);μ—为流量系数;ω—为导流洞出口断面面积;g—为重力系数,g=9.81;T0—为上游水面与导流洞出口底板高程的差值;hp—为隧洞出口断面水流的平均单位势能,一般取出口洞高5m。

hp=0.5a+p軈ra为出口断面洞高,本工程取5m;p軈r为出口断面平均单位压能;Z为上下游水位差。

计算的基本方法为:计算有压流条件下公式中的参数,即流量系数μ值,再计算T0值,从而求出上游水位和上、下游围堰高程。

(1)流量系数:μ=11+∑ξi(ωω軘)2+∑2gLiC12Ri(ωω)2姨城门洞形断面积经计算得:ω=16.47m2湿周计算式:X=15.71m水力半径计算式:R=ω/X=1.048谢才系数计算式:C=R1/6/nn=0.014(混凝土支护),0.032(喷混凝土)。

(2)局部损失参数:进口闸门槽ξ=0.1渐变段(矩形变城门洞形)ξ=0.1平面转弯段:ξ=0.131+0.1632(DR)7/2軘軘(θ90)1/2D为导流洞径,取3.5m;R为转弯半径40m;θ为转角28.153°,47.933°。

将以上各值代入上式的ζ=0.27。

出口未设闸门槽3.3.3.3沿程损失参数基本计算公式:2gLi/Ci2Ri(ω/ωi)2Li、Ci、Ri、ωi分别为i段内的长度、谢才系数、水力半径、断面面积。

将局部、沿程损失列表进行计算:(如表1)将所得数据代入流量系数公式可得:μ1=11+∑ξi(ωω軘)2+∑2gLiC12Ri(ωωi)2姨=1/(1+0.259+3.10)1/2=0.4793.3.3.4上游水深计算先假设导流洞为有压自由出流,按下式计算:Q=μω2g(T0-hp)姨则T0=(Q/μω)22g+hp=(64.7/(0.479×16.47))22×9.81+5=3.934m工程设计《河南水利与南水北调》2012年第8期则上游水位为hu=1448.5+8.428=1456.928m3.3.3.5有压流、无压流的判别上游水深H<1.2D时导流洞为无压流,当上游水深H>1.5D(D为洞高),导流洞为有压流,当上游水深1.2D<H<1.5D时,导流洞为半有压流。

以上计算先假设导流洞为有压自由出流,求得T0=8.428m。

从以上的计算可知上游水深为1448.5+8.428-1449.0=7.928m>1.5×5=7.5m,且坝址下游河床水位1449.100m<导流洞出口洞顶高程1453.5m,故属于有压自由出流,所以按有压流的计算公式计算是正确的。

经过水力计算验证,隧洞断面尺寸采用3.5×5m是合适的。

4.结语导流洞设计是拦河大坝顺利施工的关键保证,同时作为临时建筑物,其经济合理性也是很重要的指标,在河谷狭窄地段设计导流洞,推荐导流洞设计采用洪峰时段有压洞比较经济合理,本文对有压洞设计提供一种思路和经验。

收稿日期:2012-03-14洞段wiw/wi§§×(w/wi)2LiRiCi=R1/6/nni2g*Li/Ci2*Ri*(w/wi)2闸门井17.500.940.1000.0895.0001.02966.9990.0140.033洞身116.471.0014.4171.048771.9930.0140.048转弯段116.471.000.0740.07419.9061.04831.4970.0320.376洞身216.471.00113.5851.04831.4970.0321.9496转弯段216.471.000.0970.09733.4361.04831.4970.0320.6316洞身316.471.0020.1451.04871.9930.0140.0636合计0.2700.2593.101工程建设与管理1.基本概念1.1水利工程所谓水利工程是指对自然界的地表水和地下水进行控制、治理、调配、保护,开发利用,以达到除害兴利的目的而修建的工程。

它具有以下几个特点:第一,很强的系统性和综合性。

由于这个特点决定了规划水利工程必须从全局出发。

第二,对环境有巨大影响。

水利工程对周边的社会环境和自然环境都造成很大的影响,前者会影响相应的经济发展,后者会对气候、资源等产生影响。

第三,水利工程建设工作条件复杂。

第四,水利工程规模大,工期长,耗资巨大。

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