小湾水电站水力学原型观测试验方案研究

■李洪波，吴婷婷 ■华能澜沧江水电有限公司小湾水电厂，云南 大理 675702

小湾水电站枢纽建筑物由混凝土双曲拱坝、右岸地下引水发电系统和泄水建筑物组成。工程属大Ⅰ型一等过程，永久性水工建筑物为一级建筑物。电站装机容量4200MW，坝顶高程1245m，坝基最低高程953．0m，是目前世界上最高的混凝土拱坝之一。泄水建筑物由坝身5个开敞式泄洪表孔、6个泄洪中孔、2个放空底孔左岸1条泄洪洞、坝后水垫塘及二道坝等部分共同组成联合泄洪消能系统，小湾水电站工程最大下泄流量为20700m3/s，最大水头225m，相应下泄功率46060MW，高水头大流量的泄洪消能和坝身泄洪振动问题十分突出。因此，对小湾水电站枢纽建筑物进行水力学原型观测试验是必要而紧迫的。而清晰明确的观测方案对于水力学原型观测试验显得更为重要。

1 观测项目设计

小湾水电站水力学原型观测主要进行泄洪洞水力学观测、坝身表孔及其组合水力学观测。泄洪洞的观测项目主要有:出口挑坎水流及水舌形态、过流面不平整度调查、过流面空蚀空化、动水压力、临底流速、掺气浓度、风速、空腔负压、水面线等水力参数。溢流表孔的观测项目主要有:溢流表孔水力参数、振动、水垫塘水力参数、两岸雾化等水力参数。

2 观测项目研究

小湾水电站水力学原型观测试验工况组合及对应观测项目如表1所示。

表1 小湾水力学原型观测工况组合及对应观测项目

观测要求:在水力学原型观测试验时，水流空化噪声的采样频率应不低于500kHz，采集数据应进行时域分析、频域分析及1/3倍频程分析;脉动压力的采样频率应不低于200Hz，采集数据应进行最大、最小、均方根、主频、功率谱等分析;每种工况电测部分至少进行3次重复观测，以保证数据的可靠性;实施观测前后应分别进行系统初值与终值设定和校核;观测系统应配备统一的时标信号，以保证相关测站观测数据采集与分析的同步要求。

3 观测资料处理

在水力学原型观测试验中，把各种随机的水流现象看成是一个各态历经的平稳的随机过程，对它的数据处理采用各态历经的平稳随机数据处理方法进行。数据处理的内容应满足对不同监测量的分析要求:(1)水下噪声需作1/3倍频程功率谱分析和时间波形分析，必要时还应进行互相关分析;(2)动水压力需作时均值、标准差和功率谱分析;(3)水流流速、通气井风速、掺气浓度、空腔负压、降雨量(电测部分)等需作时均值和标准差分析;(4)脉动需作时均值、标准差和功率谱分析，对观测数据进行系统分析，并与模型试验数据进行综合对比。

资料分析应选取观测工况下各参量的最大幅值、平均值和主要频率及其功率谱曲线、典型波形曲线等，同时根据观测成果对工程安全提出相关建议。观测资料的整编分析和信息反馈应坚持“四随”原则，即随观测、随记录、随计算、随校核。

具体操作流程见下图1。

图1 观测资料整理、分析和反馈流程

4 结论

小湾水电站汛期泄流量大，本文推荐的水力学原型观测方案目标明确，措施得当，能够解决水力学原型观测遇到的难题，提高通水力学原型观测的质量，从而增强水力学观测的效果。

［1］高仪生，汪世鹏，陈俊．隔河岩枢纽水力学原型观测及检查成果［J］．长江科学院院报，2003，5(10):18-20．

［2］林可冀刘永川．安康水电站泄水建筑物的水力学原型观测［J］．水力发电 1999，1(1):12-17．