云南大丫口水电站水工模型试验研究

云南大丫口水电站水工模型试验研究
韩爽;杨英;胡晓霖
【摘要】通过水工模型试验对云南大丫口水电站的设计方案及3个修改方案进行比较,最终给出了高坝的消能布置及小频率洪水调度区别,以保证建筑物的安全稳定运行.
【期刊名称】《东北水利水电》
【年(卷),期】2014(032)003
【总页数】4页(P53-55,70)
【关键词】高坝消能;宽尾墩;大、小尺度差动坎;挑坎高度;大丫口水电站
【作者】韩爽;杨英;胡晓霖
【作者单位】中水东北勘测设计研究有限责任公司科学研究院吉林长春130061;水利部综合事业局,北京100053;中水东北勘测设计研究有限责任公司科学研究院吉林长春130061
【正文语种】中文
【中图分类】TV131.61
大丫口水电站位于云南省临沧市镇康县南汀河流域，是南捧河上的龙头电站，为引水式电站。

大坝为碾压混凝土双曲拱坝，坝顶长 307.00m、宽5.00m、最大坝高92.00m。

坝中部设 3 个净宽为 10.00m 的溢流表孔（如图），堰面为 WES 曲线，堰顶高程 643.50m；坝身设 1 个冲沙底孔，进口尺寸为2.5m×5.0m，孔底高程
605.00m，出口尺寸为2.5m×4.0m；在拱坝下游布置顶高程为 577.00m 的二道坝，形成长230m 的人工水垫塘。

河床基岩为灰岩，具有较强的抗冲能力。

设计、校核洪水 P=0.5%、Q0.5%=1015m3/s； P= 0.05%、
Q0.05%=1372m3/s。

消能工设计洪水 P=2%、 Q2%=800m3/s。

水库正常高蓄水位 650m。

试验研究在比尺为 50的正态模型并采用整体定床和局部动床相结合的布置方式进行。

2.1 设计方案研究
溢流孔敞泄施放洪水，水流行进方向与闸口布置相对顺畅，溢流孔流速分布较均匀，使下泄水舌落点趋于一条直线，相对集中的下泄能量在水垫塘中得到了有效的削减，对二道坝下河床基本无不利冲刷影响。

但因下泄水舌横向拉深宽度较大，水舌两侧边缘直接砸击在陡峻的山体两岸，并受溢流孔出口与下游河道的相所限，对右岸山体的砸击强度偏大，既不利于山坡的稳定又危及水垫塘的正常运用。

2.2 修改方案研究
鉴于设计方案的试验结果，修改研究试图将溢流孔尾坎挑起的水舌在横向范围内彼此错开、在纵向空间上尽量延展，以增大下泄水流的散落面积，达到减轻对下游河床冲刷的同时又减弱对两岸山体砸击的双重目的。

2.2.1 修改方案一
将左、右溢流孔边墩的左、右一侧各设置了宽为 1.0m 的宽尾墩，意在缩减水舌宽度。

但水流被集中后，势必加大对河床的冲击能力，因此沿溢流孔的尾坎末端增设了高程不同的小尺度差动坎，利用不同的挑射角将水股分层，以其分散水舌的落点。

修改方案一：差动坎的齿高 0.9m，1.4m，槽高保持原高程 634.50m；两侧边孔因齿、槽的设置被分割成四部分，中孔被齿、槽分割成五部分。

此外为使水流在横向范围内可以沿展的更充分，将齿的两侧边缘设置成1∶1 的斜坡形状（如图2）。

泄放 P=0.5%洪水时，差动坎上齿、槽特别是宽尾墩的作用使水舌的横向宽度由
42m 变成 33 m，但差动坎的齿高使水舌分层不明显，有进一步修改的必要。

2.2.2 修改方案二
将溢流坝边孔两侧的宽尾墩宽度由 1.0m 增至 1.5m，齿高设为 1.50m、槽高程634.50m，同时将方案一的小尺度差动改成了大尺度差动，即齿、槽把两侧边孔
分割成两部分，将中孔分割成三部分，如图 3所示。

泄放 P=0.5%洪水时，宽尾墩墩厚的增加再次缩减了下泄水舌的横向宽度，由方案一的 33m 变为 30m，水舌纵向厚度为 13m，加大了对河床的冲刷强度。

2.2.3 修改方案三
由修改方案一、二研究：其一宽尾墩厚取1.5 m 对下泄水舌的缩减作用更加明显；其二大、小尺度差动对下泄水舌的纵向拉伸没有明显区别。

进一步对齿、槽进行调整时，为方便施工选择在大尺度差动上开展。

方案三将右孔边墩上的宽尾墩厚度由 1.5m增加到 2.0m，两侧边孔的齿高分别调整为 1.68m和 2.94m，中孔齿高为 2.5m，如图 4。

泄放 P=0.5%洪水时，从 3 个溢流孔宣泄的水流经差动坎不同的齿高挑射后，水
舌被分层，其水股厚度明显变薄，跌入到下游河道的水舌落点呈分散的状态。

最大和最小的水舌挑距分别为 53 m、63m，水舌横向宽度 27m。

2.2.4 小结
1）各修改方案泄放洪水时，对泄流能力没有影响。

修改方案三水舌的挑距最远，水舌的横向宽度最窄（见表 1）。

2）修改方案三无论从下泄水舌对河床的冲淤（见表 2）还是对山体的砸击均优于
其它方案。

3）二道坝保证了下游河床在水舌下落区域内有足够的水垫厚度，以缓解下泄水流对河床的冲击。

但设计将二道坝堰顶的过流宽度由原 45.0m调整成 30.0m，受右
岸山体走势的限制，即在二道坝的尾坎断面其横向宽度被缩减到仅有 7.0m，增加了下行水流的流速。

为减轻从二道坝宣泄而下的水流对其河床的冲刷：一是降低二道坝的堰顶高程；二是增加尾坎断面的过流宽度。

而增大过流宽度必须对右岸山体进行开挖，增加工程的投资。

由修改方案三的研究结果，将二道坝的堰顶高程由577.0m 降低到 575.0m，此方案作为研究的最终推荐方案。

2.3 推荐方案运用
大丫口水电站泄洪为敞泄、控泄两种，即小频率洪水保证正常高水位 650.00m 调度运用。

试验研究给出两种具有代表性组合：1）均匀调度 3 个溢流孔开启，该组合是下泄水舌在横向沿展宽度最大的运行方式，便于观察水舌的两侧边缘对山体的砸击；2）是采用两孔敞泄，余下的泄量附加第三孔的小开度联合调度，该组合是下泄流量比较集中，对河床的冲击力度相对较大。

运用成果如下：
1）推荐方案满足泄量要求，且堰面没有负压产生。

2）左、右孔两侧宽尾墩顶高程 643m，施放泄洪时，无淹没弧门铰的现象。

3）施放消能设计频率洪水，拱坝下游至二道坝区域，在动床试验中岸边最大流速为 4.99m/s、在定床试验中岸边最大流速为 7.06m/s。

4）宣泄各级流量时，坝下的冲刷都不危及建筑物的安全运行（见表 3、表 4）。