某水利枢纽工程二期施工导流试验研究

潘宣何 叶玉康 袁国金

（1.湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司 长沙市 410004；2.长沙理工大学 长沙市 410000）

1 工程概况

某水利枢纽工程位于广西西江水系的黔江河段，是一座以防洪、水资源配置、航运、发电为主，结合灌溉等综合利用。工程总库容34.3亿m3，属Ⅰ等工程。水库正常蓄水位61 m，校核洪水位62.02 m。枢纽建筑物由泄水建筑物、河床式发电厂房、挡水坝、船闸、灌溉取水口、开关站及鱼道等组成。

水工建筑物防洪标准：混凝土坝及土石坝设计洪水重现期均采用1 000年；混凝土坝校核洪水重现期采用5 000年，土石坝校核洪水重现期采用10 000年；河床式水电站（挡水部分除外）设计洪水重现期采用200年，校核洪水重现期采用1000年；消能防冲建筑物设计洪水重现期采用100年。船闸设计最高通航水位设计洪水采用10年一遇洪水标准。

可研阶段，枢纽平面布置方案二施工采用三期导流，方案布置见图1，导流建筑物为4级，设计洪水标准为围堰对应挡水时段20年重现期洪水。一期采用全年挡水围堰围左岸，由右侧河床过流、通航；二期围右岸，施工厂房坝段，利用左岸12孔宽度为10 m的低孔和宽度145 m的导流明渠过流，导流明渠通航；三期采用上、下游枯水横向围堰围中部明渠，由已建的12孔低孔过流，由建成的船闸通航。

枢纽二期施工导流工期紧、水流条件复杂，本文将采用模型试验对枢纽施工期二期导流及通航条件进行研究，提出改进措施建议，对施工期通航作出评价。

模型比尺为1∶100，正态模型[1]，按重力相似准则设计，试验工况如附表所示。

附表 试验工况表

图1 施工导流方案平面布置图

2 原方案试验结果分析

现阶段工作的研究重点为枢纽施工期二期通航条件，4种运行工况中，小流量工况工程河段和明渠段流速和水深比较小，主要用来验证通航水深，大流量工况工程河段和明渠流速比较大，流态复杂，故作为导流方案优化的控制工况。

23 500 m3/s流量条件下，原布置方案工程河段流态见图2。导流明渠及一期建造的12孔泄水闸由河道左侧岸滩和边坡扩挖后建成，二期导流期间，上游来流受二期上游横向围堰的阻挡，由右侧深槽改道左侧的明渠和泄水闸，水流方向发生较大偏转。由于水流边界过渡条件不佳，右侧偏转水流绕过二期纵向围堰头部后在明渠段形成大范围的回流，回流区横向范围达到导流明渠宽度一半，回流区纵向影响至明渠末端，明渠段水流条件复杂，流速分布不均。三期纵向围堰头部绕流也影响了右侧两低孔的过流能力，从而增大了明渠的泄流量；部分水流越过三期纵向围岩汇入导流明渠，影响了明渠段左侧的流态。主流过导流段后改道右侧主槽，水流方向再次发生大角度偏转，并且对冲下游右岸，不利于主流扩散和下游河势稳定。该工况无法满足通航要求。

图2 原方案二期导流上下游流态

3 推荐方案试验研究

3.1 推荐方案

为使施工导流二期满足通航水流条件，经多方案试验，获得二期导流推荐方案如下：①调整坝上游左侧岸坡开挖线，避免无效开挖，同时使上游来流左侧边界更为顺畅，减小主流偏转幅度；②由上游主河槽起开挖底宽120 m、高程17.00 m的进水渠至低孔前沿，引导主流至低孔附近水域，增大低孔下泄量，减少导流明渠分流比，从而降低明渠段水流速度；③缩短二期纵向围堰上游头部直段，改为弧形过渡段与二期上游横向围堰连为一体，使该部分二期围堰起到导流的作用，改善上游来流右侧边界，消除原围堰头部的绕流造成的明渠段大范围回流区；④将三期纵向围堰头部改为圆头，降低三期纵向围堰头部绕流，改善右侧两低孔的过流能力；⑤增加三期纵向围堰顶高程，使导流段的水流彻底分区，一方面维持住低孔上游与明渠间的水位差提高低孔泄流能力，另一方面避免低孔上游水流越过围堰进入明渠影响明渠的流态；⑥调整导流明渠出口段左侧岸坡开挖线，通过岸坡扩挖以促进导流段出口水流的扩散，减少方向偏转幅度，使与下游水流的衔接更平顺。优化方案如图3所示。

3.2 流态分析

优化后的二期导流推荐布置方案见图4，23 500 m3/s流量条件下工程河段流态见图5。试验表明，上游来流由右侧主槽向左侧明渠及低孔偏转下泄过程中，沿程基本上紧贴两侧边界流动，未出现明显的水流脱离边界的现象，流线较为连贯平顺，纵向围堰头部绕流显著改善，明渠段仅靠近二期纵向围岩的局部水域有弱回流，右侧低孔的过流能力也有所提高。试验测得低孔上游的水位比明渠段水位高出0.70 m，表明扩挖的进水渠起到了预期的引流作用，配合加高的三期纵向围堰提高了低孔的泄流能力。导流段出口水流偏转幅度减小，沿程扩散，流态平顺。其他工况流态未见明显不利流态。

图3 二期施工导流优化方案平面布置图

图4 推荐方案二期导流流态图

3.3 流速分析

推荐布置方案改善了导流段进出口的水流边界条件，减小了明渠的分流比，改善了明渠内的流态，渠内流速分布较为均匀，23 500 m3/s流量条件下大部分测点测得的流速值均小于4.85 m/s，最不利流速分布断面出现在泄水闸堰面位置，若通过挖深明渠的方式改善明渠段流速分布，需同时降低泄水闸堰面浇筑高程。若维持明渠现有高程不变，试验表明当下泄流量降至21 000 m3/s时，导流河段通航水域流速值小于4.85 m/s，可满足助航要求；当下泄流量降至6 500 m3/s时，导流河段通航水域流速值约为3.00 m/s，故当下泄流量小于6 500 m3/s时可满足自航要求。

二期纵向围岩上游过渡段的沿程流速分布规律性较好：同一测点位置，流量越大，流速值越大；同一流量条件，沿程流速最大值出现在圆弧过渡段曲率最大的位置。

当前，黔江武宣航道古息滩处有助航设施。通过现场调查，1 000 t货船在30 m范围内有2 m落差，可经过该处助航设施顺利通航。因此坝址流量小于6 500m3/s时，船舶自航通过导流明渠；流量为（6500~21 000）m3/s时，采取助航措施可通过导流明渠。

图5为平面流速分布图。

图5 平面流速分布图

4 结 语

本文将采用模型试验对工程平面布置方案二的施工期二期导流及通航条件进行研究，提出改进措施建议，并对施工期通航作出评价，得到以下结论：

（1）原方案水流边界过渡条件不佳，偏转水流绕过二期纵向围堰头部后在明渠段右侧形成大范围的回流，部分水流越过三期纵向围岩汇入导流明渠左侧，明渠段水流条件复杂，且导流段出口水流对冲下游右岸，不利于主流扩散和下游河势稳定。该工况无法满足通航要求。

（2）通过多次试验对二期导流布置方案进行优化，优化后方案水流流线较为连贯平顺，未见明显不利流态。

（3）当下泄流量降至21 000 m3/s时，导流河段通航水域流速值小于4.85 m/s，可满足助航要求；当下泄流量降至6 500 m3/s时，导流河段通航水域流速值约为3.00 m/s，当下泄流量小于6 500 m3/s时可满足自航要求。

（4）各工况导流明渠段流态连续，无明显局部水面跌落，沿程水面跌落满足30 m范围内不大于2 m落差的要求，导流段最小水深满足通航1.50 m最小水深的要求。导流明渠段消力池的开挖浇筑对通航无明显不利影响。

（5）二期纵向围岩上游过渡段的沿程流速分布规律性较好：同一测点位置，流量越大，流速值越大；同一流量条件，沿程流速最大值出现在圆弧过渡段曲率最大的位置，建议围堰施工时采取适宜的材料并进行针对性的防护。

[1]黄伦超.水工与河工模型试验[M].郑州：黄河水利出版社,2008.

湖南省2016年最严格水资源管理考核结果出炉

短 讯

经湖南省人民政府审定，近日湖南省水利厅等10个部门联合发布通报，公布2016年度各市州实行最严格水资源管理制度考核结果。全省14个市州考核等级均为合格以上，其中常德市、湘潭市、长沙市、株洲市考核等级为优秀。

根据《湖南省实行最严格水资源管理制度考核办法》，湖南省水利厅会同省发改委、经信委、财政厅、国土资源厅、环保厅、住房城乡建设厅、农业委、审计厅、统计局组成考核工作组，于2017年上半年对2016年度各市州实行最严格水资源管理制度情况进行了考核。

考核结果显示，2016年湖南省水资源管理“三条红线”年度控制目标全面完成，全省用水总量330.36亿m3、万元工业增加值用水量75.73 m3（2010年不变价）、农田灌溉水有效利用系数0.505、重要江河湖泊水功能区水质达标率92.5%。

通报指出，2016年湖南省水资源管理各项工作有序推进。用水总量控制不断加强，省、市、县三级用水总量年度控制指标体系全面建立，水资源论证和取水许可进一步规范；水功能区和入河排污口监管不断加强，饮用水水源地保护成效明显；水价改革初显成效，节水型社会建设和水生态文明建设稳步推进；实行最严格水资源管理制度体系基本建立，水资源管理体制机制不断完善，管理责任制有效落实。

同时，通报要求各地今后在落实最严格水资源管理制度上，要着力解决科学管水能力不足，水资源计量监控能力建设滞后，管理信息化水平低；基层管水能力不足，水资源管理机构和人员不足，节水、护水意识不强；依法管水能力不足，水资源管理制度体系和管理体制机制不健全，水资源管理刚性约束政策缺乏，还未真正形成水资源管理合力等问题。

——摘自《湖南水利网》2017-08-21