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４５７６１３８４４１０９０

１０月－３月８９．７１２８１８７２５１

１０月－４月９２．４１３２１９１２５５

１１月－３月３５．５５６．５９３．２１３６

１１月－４月４１．９６４．７１０３１４７

Ｚ（ｍ）１４４６．２１４４７１４４８１４４９１４４９．５１４５０１４５１

Ｑ（ｍ３／ｓ）０２．３１９．７６３．８９４．３１３１２２０

Ｚ（ｍ）１４５２１４５３１４５４１４５５１４５６１４５７１４５８

Ｑ（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

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《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（Ｔ

０－ｈ

ｐ

）

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；Ｔ

０—为上游水面与导流洞

出口底板高程的差值；ｈ

ｐ—为隧洞出口断面水流的平均单位势能，一般取出口洞高５ｍ。

ｈ

ｐ

＝０．５ａ＋ｐ

軈

ｒ

ａ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Ｔ

０

值，从而求出上游水位和上、下游围堰高程。

（１）流量系数：

μ＝１

１＋∑ξ

ｉ

（ω

ω軘

）２＋∑２ｇ

Ｌ

ｉ

Ｃ

１

２

Ｒ

ｉ

（ω

ω

）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／ｎ

ｎ＝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（

Ｄ

Ｒ

）７／２

軘軘（θ

９０

）１／２

Ｄ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）２

Ｌｉ、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＝１

１＋∑ξ

ｉ

（ω

ω軘

）２＋∑２ｇ

Ｌ

ｉ

Ｃ

１

２

Ｒ

ｉ

（ω

ωｉ

）２

姨

＝１／（１＋０．２５９＋３．１０）１／２

＝０．４７９

３．３．３．４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（Ｔ

０

－ｈ

ｐ

）

姨

则Ｔ

０

＝（Ｑ／μω）２

２ｇ

＋ｈ

ｐ

＝（６４．７／（０．４７９×１６．４７））２

２×９．８１

＋５＝３．９３４ｍ

工程设计