青草沙水库取水泵闸库内侧消能防冲技术研究

根 据 对 总 体 消 能 布置 方 案研 究 ，发 现 始 放 工 况 池 后水 面 跌 落 较 为 明显 ， 池 内 回流 影 响 ， 受 出池 水 流 局部 集 中 ， 消 除 这 种 影 响 ， 为 需对 消 以 １ ６ 缓坡降至一 ． 高程 ， ：． ６７ ３ ０ｍ ５ 边坡坡 比 约１ ， ： 底部及 边坡均采用灌砌块 石结构 防护。海 ４
水 泵 站 共 设 ６台 立式 混 流 泵 ， 泵 流量 ３ ． ｍ３ｓ 单 ３３ ／ ； 取 水 闸总 净 宽 ７ 分 ５孔 ， 孔 净 宽 １ ０ｍ， 每 ４ｍ。上 游
３ 根 据地 勘 资 料 ， ） 出水 渠底 面 的 地 基 土 为① ３ Ａ 层 （ 泥 质 ） 性 土 夹 粉 性 土 ， 淹 没 水 深 —１ 淤 粘 选 ２ ３ｍ 工 况 ， 不 冲 流 速 约 为 ０４ｍ／， 这 个 流 ～ 其 ． ｓ按 速 设 计 的 出水 渠宽 度 至少 需要 ３０ｍ 才 能满 足 要 ０ 求 ，这 样 的 后 果 是 出水 渠 将 直 接 与 中央 沙北 堤 堤
渠 ）并 向后延伸 以引导水流至东侧库区。由于 中 ，
央 沙 圈 围北 堤 距 泵 闸较 近 ，库 内 引 渠 在堤 脚 前 需 转 弯 近 ９￣ ，沿 北 堤 堤 线 向东 约 １２ｋ 至 北 小 ０角 ． ｍ
・
４ ・ ６
２ １ 第 ｌ 期 ０２年 ０ 表 １上游水闸正向引水工况消能计算成果表
上 游 取 水 泵 闸 工程 主要 由 上游 水 闸 、取 水泵
脚相接 ， 水闸引水 出流将 刷 中央沙北堤堤脚 ， 中 对 其 稳定 造 成极 大 压 力。
因此 ， 必须 采 取 有效 的 消能 防冲 技 术 ， 以保 证
中央 沙 北堤 的 安全 ， 而 保证 取 水 系统 安 全 。根 据 从 水库 调 度 和 取 水泵 闸 的功 能 特 点 ，选 用上 游 取 水
完整地发生在消力池 内。经多组次试验观测比较 ，
选 取 两 种较 优 方 案进 行 详 细 比较 研 究 ：
方案～ ， 在消 力池尾部增 设 Ｉ ： ５的反坡 ， 孔 每
加 设 高 １５ｍ 的 连 续 消 力坎 ，池 深 增 加 至 ２０ ｍ ． ．
３ ． 缓 坡 相 接 。 自第 一道 防 ＞ 末端 至 转 弯后 １ ５ 中槽
取 水泵 闸主 要 功 能是 非 成潮 期 自流 引 水入 库 、 潮 成 期盐 峰 之 间抢 引 淡水 和 咸 潮初 期提 水 预 蓄避咸 、 紧
急情况下水库预降排水 ， 并与下游水闸联动使水库
内 的水保 持 流 动 以保 证 水 库水 质 满足 要 求。
２ 取 水 泵 闸 平 面 布 置
５２ ． ７亿 ｎ３ １ 。
２） 由于 出 水 渠 转 弯 段 紧 邻 中 央 沙 北 堤 ， 游 上
取 水 闸设 计 单 宽 流 量 达 到 １ ／ 的 引水 出流 易 ３ ｍ３ｓ 对 已建 中央 沙北 堤造 成 。 中刷
上 游取 水 泵 闸位 于 青 草沙 水 库北 堤西 北 端 ， 取
东北 水利 水 电
［ 文章编号 ］０ ２ ６４ ２ １ ）０ ０ ６ ３ １０ —０ ２ （ ０ ２ １ —０４ —０
２１ ０２年第 １ ０期
青草沙水库取水泵闸库内侧消能防冲技术研究
王 其 利 １王 志 林 １马 宁 １高 峰 ２ ， ， ，
（． １上海 勘 测设 计 研 究 院 ， 海 ２ ０３ ； ． 上 ０ ４４ ２ 中国水 电顾 问集 团成都 勘 测设 计 研究 院 ， Ｉ 成 都 ６０ ７ 四川 １ ０２）
确 保抛 石 护 底 末 端 被 ＞ 形 成 深 坑 后 ， 中央 沙 北 中刷
中间增设高 １ 的消 力墩 ，消力池尾坎改为差 ．ｍ ５
动 式结 构 ， 具体 修 改方 案 布 置见 图 ２ 。
堤的边坡 稳定 安全。
４２ 总 体 防 冲 消能 技 术 研 究 ．
经初步试验观测 ，方案一消能工况消 力池能
ｋ ，环 库 大 堤 总 长约 ４ ． ｋ ｍ２ ８５ ｍ；水 库 最 高 蓄 水位
泓港汉。
３ 取 水 泵 闸库 内侧 消 能 防 冲 特 点
１ 由于 外江 潮位 每 天两 涨两 落 变化 频 繁 ， 内 ） 库
水 位 也 有相 当幅 度 的变 化 （ 其是 成 潮 期变 化 明 尤
东 北水利 水 电 方 案 进行 定 床 物模 试 验 验证 ， 水位 组 合 见表 ２ 。
表 ２ 闸下消能 防冲主要试 验工况（ 潮 ） 落
过闸 单宽流量，３－ ｍ・Ｉ ￥
１６ ０７ ．
１ ３ １ ３
３
７ ９５ ． ４
消 池 度Ｉ 力 长 ，１ Ｉ
消力池深度 ｍ ／ 消力池底板 厚度／ ｍ
海漫长ｇ／ ｍ
２０ １４ ．
０７ ． ７ ０７ ． ８
１３ １４ ６９ ２２ ２ 加 ２ ９３ ６６ ． １６ １ ３ ． ． １ ８ ． ．
Ｏ３ ． ４ １７ １ ８ ０２ １ ． ． ． ． １ １ ９ ５
试 验 表 明 ， 拟 消 能 防 体 布 置 合 理 ， 本 初 中总 基
图 １ 消 力 池 局 部 调 整 布 置 方 案 一
方案 二 ， 用原 初 拟 消 力 池布 置 方 案 ， 力池 沿 消 长 ２ 深 Ｉ５ 底 板 高 程 一 ． 同 时 每 孔 ３ｍ， ．０ｍ， ３Ｏ ｍ， ０
内的平 台上 ， 五道抛石丁坝 ， 设 丁坝 间距 ７ 以 ０ｍ，
显， 最高 最低 水位 差 为 ８５ｍ ） 因而 出闸 水流 流 速 ． ，
较 大 ， 态可 能 趋 于紊 动 ， 些 工 况可 能 不能 形 成 流 某 稳定 水 跃 ， 有余 能 的水 流 对下 游 渠 道是 不 利 的 。 夹
７Ｏ ， 低 运 行 水 位 一１ ０ｍ， 库 设 计 总 库 容 ．０ｍ 最 ． 水 ５
［ 中图分类号 ］ Ｖ ５ Ｔ ６３ ［ 文献标识码 ］ Ａ
１ 工 程概 况 青草沙水库及取输水泵 闸工程位于上海市长 兴 岛西 侧和 北 侧 的 中央 沙 、 草 沙 以及 北 小 泓 、 青 东
北小 泓等水域范 围 ， 由上 游 取 水 泵 闸 、 游 水 闸 、 下 环 库 大 堤及 输 水 干 线 进 水 口和 长 兴 岛 输 水支 线 输 水 泵 站 等 工 程 组 成 。 青 草 沙 水 库 总 面 积 ６ ．５ ６１
形 成 稳 定 水跃 ， 首发 生 在 闸室 末端 ， 尾在 辅 助 跃 跃 消 力坎 处 。由于 消 力坎 的整 流作 用 ， 力池 中虽 仍 消 存 在 回 流 区 ， 是 强度 较 小。跃后 水流 越 坎 后在 池 但
漫末 端 南侧 约 ５即为 中央 沙 北 堤 堤 脚 ，水 流 易对 其 产 生 冲 刷 ，故 出水 渠 与 中央 沙 北 堤 堤 脚 之 间 的 平 台 也 设 抛 石 下压 软 体 排 保 护 ，延 伸 至 第 二 道 防 ＞ 末 端 。 并 在 超 出第 二 道 防 槽 的 ２０ｍ 范 围 中槽 中 ８
４４ ５ ． ６ ４． ９０ １ １ ０ ０
冲 刷深度／
第一道防 冲槽 第 二道防 冲槽
９８ ． ６
７７ ． ５
７３ ． ９
６０ ４
明 显 偏 大 的现 象 ，对 水 闸下 游 消 能 防 产 生不 利 中 影 响 。经 海 漫 段 调 整 ， 速 分 布 逐 步 趋 于 均 匀 ； 流 但 受 中央 沙 北 堤 限 制 ， 水 渠 急 转 近 ９￣ ， 出 ０ 角 出水 渠 弯 道 段 存 在较 大范 围 回流 区 ，平 直段 主 流偏 向 中 央 沙 北堤 ， 速 较大 ， 对 出水 渠 中央 沙北 堤 外 滩 流 易
满足设计要求。 在试验工况下 ， 消力池均能形成稳
定 水 跃 ， 首 发 生在 闸室 末 端 ， 尾接 近 消 力池 尾 跃 跃
坎 ， 存 在 出池 水流 局 部 集 中 、 后局 部 水流 流 速 但 池
００ ０３ ０３ ０５ ０３ １０ ． ． ． ． ． ． ９ ７ ５ ７ ８ ０
站 、 闸 内外 消 力 池 、 站 进 出水 池 、 水 泵 内外 侧 引 渠 、 防 、 墙 、 污机 桥 及 连 接堤 等 构筑 物 组 成 。 中槽 翼 清 泵 闸 并 列 布 置 ， 闸 总 宽 ８ ． ＂布 置 在 西 水 ２６ ｉ， ０＂ １ １ 侧 ， 站 总 宽 ５ ．０ｍ， 置 在 东 侧 ， 、 间 以 导 泵 ８６ 布 泵 闸 墙 隔 开 。泵 、 闸两 侧 与 引堤 相 接 ， 两侧 引堤 形 成 引 渠 。 在 泵 闸 内 二侧 设 置 导 堤 ， 成 内侧 引 渠 （ 形 出水
［ 要 ］通过理论计 算与物模试验相 结合 ， 摘 对上游取 水泵闸库 内侧 消能防冲技术进行研 究 ， 调整
库 内局部整流措施 ， 以改善 出水流态， 减小对 出水渠及 已有建筑物 的冲刷 ， 保证取水 系统安全 。
［ 关键 词 ］消能 防冲 ； 流 ； 态 ； 整 流 物模试 验 ； 青草 沙水库
地及 中央 沙 北堤 产 生冲 刷 。
４３ 消 力池 局 部布 置 研 究 ．
根 据 计 算结 果初 拟消 能 防冲布 置 。内侧 消 力池 采 用分离 式 钢筋 混凝 土结 构 ，消 力池 长为 ２ 深 ３ｍ， １ ０ｍ， ． 池底 面高 程 为 一 ．０ｍ， ５ ３ｏ 尾坎 高程 一 ．０ｍ ， １５
漫 末 端设 第 一 道 抛 石 防 ＞ ， 中槽 面高 程 ～３５ ， ３５ ．０ 深 ．
ｍ ，
宽 ２ ． ｍｏ ２３
传 统 的 消 力池 辅 助 消 能 工 措施 ， 增 加 池 深 、 有 池 长 、 设 消 力墩 、 力坎 以及 差 动尾 坎 和 增 设 池 加 消
库 内 出水 引 渠 与 水 库 疏 浚 区结 合 布 置 ，边 坡 坡 比 １５ 由于 中央 沙 北 堤距 离泵 闸较 近 ， 水 引 ：。 出
消 力 池 底 板 厚 为 １ｍ，首 端 宽 ８ ． １ ，临 岸 侧 按 １１ Ｔ Ｉ １ ￣ 散 ，泵 站 侧 利 用 泵 房 及 其 出 水 流 道 边 墩 分 ２扩
隔 ， 力池 末 端 宽 ８ ． ｍ。 消 ６０ 海 漫 长 度 为 １０ｍ ， ０ 首端 高 程 为 一 ．０ 从 首 端 ２Ｏ ，
１０ｍ 范围 ， ０ 出水渠渠底及边坡全 断面均采用砂肋 软 体 排 上 压 袋 装 碎 石及 抛 石 保 护 ，末 端 设 深 ３５ ．
ｍ ，
（ 底高 程 一 ． ｍ ）总 池 长增 加 至 ３ ． ｍ， 池 ３５ ， ５５ 具体 修
改 方 案 布置 见 图 Ｉ 。
宽 １ 的第 二道 抛 石 防 。 由 于 水 库 侧 海 ７ｍ 中槽
未反坡等 ， 用这些措施 ， 消力池 的消 能效果进 采 对
行研 究 比较 ， 以选 择 较优 修 改 方 案 ， 证 闸下 水 跃 保
渠需转 ８ ． 角 ， 中央 沙北堤向东延伸至 与Ｊ ７８ ｏ 沿 ｒ］ Ｊ ＼ 泓港汉相接 ， 将水流引至水库下游。 转弯段底高程
与水 库 侧 海 漫 一 致 ， 一 ． ｍ， 道 后 的 直 线 段 底 为 ３５ 弯 高 程 一１．ｍ， 道 与 直线 段 之 间过 渡 段 ６ 以 Ｉ ． ５ 弯 ３ｍ ：
闸正 向 引 水 工 况 对 库 内侧 消 能 防 中技 术 进 行 研
究 ， 用理论计算与物模试验相结合 的研究手段 ， 采
优化 消能 防 ＞布 置 问题 。 中
４ 库 内消能 防冲技术研究
４Ｉ 传统计算及初拟消能 防冲布置 ．
根 据 本 地 区 类似 工程 经 验 ，采 用经 验 公 式 计 算 上 游 取水 闸消 能防 冲结 果 如表 １ 。