金沙峡水电站枢纽消能防冲设计

第３９卷第ｌ４期　人　民　长　江　Ｖ０１．３９．Ｎｏ．１４　２　０　０　８年７月　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｊｕｌｙ，　２Ｏ０８　文章编号－１００１—４１７９｛２００８）１４—００３２—０２　金沙峡水电站枢纽消能防冲设计　赵永宣　（甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州７３００００）　摘要：金沙峡水电站枢纽最大闸高３４．２　ｍ，闸坝基坐落在含漂石砂卵石覆盖层上。枢纽壅水２２．９　ｍ．过闸最大　单宽流量６９．７　ｍ］／（ｓ・ｍ）。泄洪冲砂闸采用较宽扁的闸门，水流出闸后横向逐渐变宽，消力池上游段设消力坎，　纵向就近充分消能。消力池下游段左边墙顶高程降低，右边墙向主河床弯折，引导主流向主河床扩散，减小河　床防冲区单宽流量，简化消能工程。消能方案经水工模型试验验证，经过两个汛期泄洪运行，各泄洪消能建筑　物运行正常。　关键词：软基；高闸；消能防冲；金沙峡水电站　中图分类号：ＴＶ６５３　文献标识码：Ａ　ｌ工程概况　成份主要为花岗片麻岩、花岗岩、石英岩等，厚约２０　２３　ｍ。　引水枢纽建筑物，从左到右依次布置有混凝土重力坝、溢流　金沙峡水电站位于黄河二级支流大通河上，河流左岸为青　堰、表孔溢流坝、泄洪冲砂闸、进水闸和土坝。引水涵管接进水　海省互助土族自治县，右岸为甘肃省天祝藏族自治县。该电站　闸后，穿过土坝上游的库底进入隧洞。　为引水式电站，中型工程，由引水枢纽、有压引水系统、发电厂房　及升压站等建筑物组成，总装机容量７０　Ｍｗ，多年平均年发电量　２枢纽消能工程设计　２６　５３０万ｋＷ・ｈ。电站于２００４年２月开工建设，２００７年３月首台　引水枢纽最大闸高３４．２　ｍ，闸坝基坐落在含漂石砂卵石覆　机组并网发电，２００７年ｌ０月全部机组并网发电。　盖层上。枢纽壅水２２．９　ｍ，正常蓄水位２　１６６．９　ｍ，设计洪水位　枢纽坝址以上流域面积为１３　３２８　ｋｍ２，多年平均流量８２．６　２　１６６．９　ｍ，校核洪水位２　１６７、９　ｍ，设计引水流量１１６　ｍ］／ｓ。枢纽　ｍ］／ｓ，设计洪峰流量１　６７０　ｍ］／ｓ（Ｐ：２％），校核洪峰流量２　４４０　泄洪建筑物有泄洪冲砂闸、表孔溢流坝和溢流堰。枢纽下泄校　ｍ］／ｓ（Ｐ：０．２％），消能防冲洪峰流量１　５５０　ｍ］／ｓ（Ｐ＝３．３３％）。　核洪水（Ｐ＝０．２％）时，泄洪冲砂闸过闸单宽流量６９．７　坝址处河流多年平均悬移质年输沙量１９９万ｔ，多年平均含沙量　ｍ］／（ｓ・ｍ），消能区末端河床单宽流量３４．６　ｍ］／（ｓ・ｍ）。枢纽下泄　０．７６　ｍ］，多年平均推移质年输沙量４０万ｔ。　消能防冲设计洪水（Ｐ＝３．３３％）时，泄洪冲砂闸最大过闸单宽　坝址区出露的地层岩性主要为前震旦系马唧山群花岗片　流量６５．６　ｍ３／（ｓ・ｍ），消能区末端河床单宽流量２１．３　ｍ］／（Ｓ・ｍ）。　麻岩和第四系不同成因的松散堆积物。花岗片麻岩：深灰色，条　在满足工程施工、泄洪、冲砂和方便电站运行的前提下，简　带状构造，中厚一厚层状结构，岩石致密坚硬，一般无强风化带，　化消能工程，枢纽下泄洪水横向均匀分布于下游河床，纵向就近　仅存在弱风化带，厚度约２．０　ｍ，属微一弱透水岩石，新鲜岩石　充分消能，各泄洪消能工程采取了下述措施。　相对不透水。　２．１泄洪冲砂闸　冲洪积漂石卵石层、粉质壤土层：分布于右岸Ⅱ级阶地，上　泄洪冲砂闸底板顶高程２　１４４　ｍ，泄洪孔口尺寸宽９　ｍ，高４　部为粉质壤土层，厚约０．５—４．０　ｍ，下部为漂石卯石层，厚约２５　ｍ，弧形工作门控制，采用较宽扁的闸门可减小过闸单宽流量。　４１　ｍ，漂石粒径最大９０　ｃｍ，一般约５～８　ｃｍ，成分主要为花岗　孔口下游设２５　ｍ长闸室水平调整段，闸室下游设ｌ８　ｍ长斜坡　岩、花岗片麻岩、石英岩等，多呈亚圆状，粒径小于５一的占　段，纵坡１：４，斜坡段横向宽度由９　ｉｎ渐变至１５　ｉｎ进入消力池，　１９．３％，结构较密实。　进一步减小消力池单宽流量。消力池深４．５　ｍ，长６０　ｍ，底板顶　冲洪积含漂石砂砾石层：分布于Ｉ级阶地，漂石粒径最大　高程２　１３９．５　ｉｎ，左边墙顶高程２　１５２　ｉｎ，右边墙顶高程２　１５３．２　３０　ｃｍ，砾石一般约２～５　ｃｍ，磨圆度较好，呈浑圆状，较松散，无　ｍ。斜坡段末端下游ｌ０．８　ｍ处设０．５　ｉｎ高消力坎，使池内水流　皎结，厚约２７．０～３３．０　ｍ。　提前翻滚，水跃充分。消力池末端上游９　ｍ处左边墙顶高程降　冲洪积含漂石砂卵石层：分布于现代河床及漫滩上，最大粒　低至２　１４５　ｉｎ，右边墙向主河床弯折１０￣，引导主流向主河床扩　径８０～１００　ｃｍ，一般约ｌ５～２０　ｃｍ，分选性差，磨圆度较好，砾石　散。消力池下游接３５　ｉｎ长护坦调整流态，护坦顶高程２　１４４　ｍ。　收稿日期：２００８—０５—２１　作者简介：赵永宣，男，甘肃省水利水电勘测设计研究院，高级工程师，工程硕士。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１４期　赵永宣：金沙峡水电站枢纽消能防冲设计　３３　护坦末端设８　ｍ深防冲齿墙，齿墙下游设８　ｍ深钢筋笼块石粗　化河床，与下游天然河床衔接。护坦右侧覆盖层岸坡设浆砌块　石护坡。　溢流坝消力池内水跃为远驱水跃。试验实测护坦末端处平均流　速为４．３７　ｒｒｄｓ，总的消能率为６２％。动床冲刷试验，河床抛块石　时最大冲刷深度２．８　ｍ。　表１　３０　ａ一遇洪水护坦末端处流速分布　２．２表孔溢流坝　表孔溢流共３孔，每孔宽１０　ｍ，堰顶高程２　１５７．９　ｍ。ＷＥＳ　堰下游接１：１．１陡坡，陡坡以１５　ｍ半径的圆弧与消力池衔接。　消力池深３．４　ｍ，长５２　ｍ，底板顶高程２　１４０．６　ｍ，左、右边墙顶高　程２　１５２　ｍ，左边墙只在消力池上游段３０　ｍ长范围内设置。消　力池末端设１　ｍ高消力坎，坎下游接６４　ｍ长护坦调整流态，护　坦顶高程２　１４４　ｍ。护坦末端设８　ｍ深防冲齿墙，齿墙下游设８　ｍ深钢筋笼块石粗化河床，与下游天然河床衔接。　２．３溢流堰　溢流堰堰顶高程２　１６６．９　ｍ，堰宽１３．５　ｍ，泄洪流量很小。　堰下游消力池深２．０２　ｍ，长５８．２　ｍ，底板顶高程２　１４２．９８　ｍ。消　力池末端设１　ｍ高消力坎，坎下游接６４　ｍ长护坦。消力池和护　坦左侧岩基岸坡设混凝土护坡。　４枢纽运行情况　２００７年７月中旬，大通河流域发生５　ａ一遇洪水，流量超过　６００　ｒｎ３／ｓ的时段持续约３　ｄ，洪峰流量约８８０　ｍ３／ｓ。枢纽所有泄　３消能工程水工模型试验　枢纽水工模型试验开展了整体模型试验和断面模型试验。　其中整体模型按重力相似准则设计，选用几何比尺为１：５０，护　坦末端块石和下游河床局部冲刷采用散粒体模拟。　洪闸门全开，泄洪冲砂闸和表孔溢流坝均参与泄洪，闸前最高水　位２　１６３．９　ｍ，各泄洪消能建筑物运行正常。２００７年电站蓄水发　电，汛期表孔溢流坝泄洪，洪峰流量约６２０　ｍ３／ｓ，泄洪消能建筑　物运行正常。枢纽经过两个汛期泄洪运行，护坦末端防冲设施　３．１泄洪冲砂闸　泄洪冲砂闸闸前水位２　１６６．９　ｍ，水工模型试验消力池末端　设１　ｍ高消力坎，施工图设计时未设此坎。护坦末端最大流速　和下游河床冲刷未见异常。　５结语　金沙峡水电站引水枢纽壅水２２．９　ｍ，最大闸高３４．２　ｍ，闸坝　基坐落在含漂石砂卵石覆盖层上。泄洪冲砂闸采用较宽扁的闸　门，水流出闸后横向逐渐变宽，减小消力池单宽流量，消力池上　游段设消力坎，消力池下游段左边墙顶高程降低，右边墙向主河　床弯折，引导主流向主河床扩散，简化消能工程。　８．１９　ｒｒｄｓ，含漂石砂卵石河床未抛块石时最大冲刷深度４．５５　ｍ。　３．２表孔溢流坝　闸前水位２　１６６．９　ｍ，泄洪冲砂闸门未开启，溢流坝３孔全　开度运行，消力池内为远驱水跃，水流的消能率较低，水流对下　游河床仍有较强的冲刷能力。含漂石砂卵石河床未抛块石时最　大冲刷深度７．１０　ｍ。　枢纽下泄洪水横向均匀分布于下游河床，纵向就近充分消　能，减小消能区末端河床单宽流量。设计方案经水工模型试验　验证，经过两个汛期泄洪运行，各泄洪消能建筑物运行正常。金　沙峡水电站枢纽消能防冲在软基高闸大单宽流量的消能工设计　上进行了有益的尝试和探索，为类似工程积累了经验。　３．３泄洪冲砂闸与表孔溢流坝同时运行　在３０　ａ一遇洪水时，除发电引用流量１１６　ｒｎ３／ｓ外，其余　１　３８４　ｒｎ３／ｓ流量均通过泄洪冲砂闸及表孔溢流坝下泄。最优方　案为：泄洪冲砂闸开启３　ｍ开度，３孔表孔溢流坝每孔均匀开启　４．４５　ｍ，上游水位为２　１６６．９　ｍ。泄冲闸及溢流坝消力池内均为　淹没水跃，水跃稳定，在消力池出口处水面均较平稳，这时护坦　末端平均水深为６．５８　ｍ，平均流速为３．６　ｒｒｄｓ，总的平均消能率　参考文献：　［１］冬俊瑞，李永祥，李玉柱．中小型水工建筑物底流水跃消能技术新　进展．海河水利，１９９６，（６）：４—８．　［２］刘沛清，冬俊瑞．消力池及辅助消能工设计的探讨．水利学报，　１９９６，（６）：４８～５５．　为６８．４％。试验在护坦末端处实测了闸纵０＋０４５　ｍ，闸纵０＋　０６３　ｍ以及闸纵０＋０８３　ｍ　３点的流速分布，如表１所示，另外，在　闸纵０＋０２０　ｍ至闸纵０＋０４０　ｍ处流速小于３　ｒｒｄｓ。河床抛块石　时最大冲刷深度１．０　ｍ。　［３］秦荣昱，胡春宏．河床冲刷粗化研究进展及方向．泥沙研究，１９９７，　（２）．　［４］刘平昌．明台水电站枢纽下游河床局部冲刷研究．四川水利，１９９７，　（６）：３７～３８．　在５００　ａ一遇洪水时，电站停止运行，闸前水位２　１６７．９　ｍ，　２　４４０　ｒｎ３／ｓ的流量全通过泄洪冲砂闸、表孔溢流坝和溢流堰下　泄，所有闸门全开。泄洪冲砂闸消力池内水跃为淹没水跃，表孔　［５］　陈刚，邵建斌，李建中等．大通河金沙峡水电站工程水工模型试验　及渗流计算优化设计报告．西安：西安理工大学水力学研究所，　２００４．　（编辑：刘忠清）