水电站导流洞导截流受下游水位的影响分析

柳 磊

(江西晨升建设工程有限公司,南昌 330077)

河道截流在水利水电工程施工中发挥着重要作用,导截流的成败直接关系到工程施工进度与造价,导截流必然属于工程建设中的关键性工序。现有研究成果大多集中在宽戗堤截流合龙期间水流特性,截流落差及其余水力学指标受导流洞围堰残埂影响,国内外截流技术措施及截流信息化等方面,而对下游水位运用方式影响上游在建水利水电工程施工导截流的成果较少。基于此,文章以江西伦潭水电站为例,对其建设过程中导截流受下游水位运用方式的影响展开模型试验与分析,以资借鉴。

1 工程概况

伦潭水利枢纽工程位于江西铅山县天柱乡伦潭,距铅山县城42km,为发电、灌溉、防洪、养殖等多功能大型水利枢纽,是赣江流域梯级电站的最后一级。坝址以上控制流域面积达3898km2,为不完全年调节水库。电站枢纽由主坝、副坝、溢洪道、导流洞等建筑物组成,坝顶宽10.5m,长588m。该水利枢纽电站导流洞在施工导截流期间受下游水位的影响较大,为保证截流顺利,必须展开具体影响过程及程度的分析。

2 模型设计

按照《水利水电工程施工导截流模型试验规程》(SL T163-2019)对模型比尺设计的规定及研究目的、内容和要求,综合考虑试验过程的可操作性与结果的合理准确性,采用动床正态整体模型,并依照重力相似原则,使模型与工程原型保持几何相似、动力相似及水流运动相似性。根据河道特点及伦潭水电站截流、度汛试验模型技术要求,按1∶55确定模型比例,并以上游围堰轴线以上500m～下游围堰轴线以下600m为模型长度范围[1-3]。采用10月上旬10a一遇旬流量均值为截流标准,对应的流量值为892m3/s,导流洞进出口施工围堰残留高度仅为1.8m。

3 模型试验结果

根据下游水位不同,拟定出2种工况,工况1:上边界流量为892m3/s,下边界水位1302.56m,10月中旬蓄水至1303m死水位,围堰残埂高1.8m;工况2:上边界流量为892m3/s,下边界水位1304.10m,10月中旬蓄水至1306m的正常水位,围堰残埂高1.8m。

3.1 导流洞进口水力要素

截流之初,工况2导流洞进口水深在6.0m以上,但流速(3.0m/s)小于工况1,导流洞过流量小;随着截流过程的推进,龙口逐渐减窄,工况2水深及流速均增大,尤其是流量增加率远超出工况1。合龙过程中,进口水深及导流洞流量均趋于一致。因工况2下游水位较高,戗堤渗流小;工况2导流量超出工况1。水力要素取值见表1。

表1 导流洞进口水力要素

截流之初流量较小,工况2下导流洞进口水位位于1304.7～1305.4m之间,工况1导流洞进口水位则在1307.6～1308.4m之间;此后随着流量的增大,工况2水位快速升高至1310m,工况1水位增速较缓,最终也达到1310m的水位。

3.2 导流洞内水位变化

截流期间导流洞进口、出口以及与进口相距500m处的水位试验结果见表2。根据表中结果,截流开始之初,在正常蓄水位下,导流洞进出口水位均处于较高水平,比降值非常小;随着龙口变窄,水面比降开始递增,直至截流完成,水面比降升高至0.18～0.28[4]。

表2 导流洞内水位及比降试验结果

根据工况1同水位下导流洞内水面变化情况试验结果,对于起点距取0～400m时,在导流洞施工导截流的过程中水位从1305.7m逐渐升高至1309.4m,合龙后继续升高至1309.6m;起点距取500m时,导流洞施工导截流过程中水位从1305.4m逐渐升高至1309.1m,合龙后继续升高至1309.5m;起点距取600m时,导流洞施工导截流过程中水位从1305.2m逐渐升高至1308.6m,合龙后继续升高至1309m;起点距取800m时,导流洞施工导截流过程中水位从1305 m逐渐升高至1307.9m,合龙后继续升高至1308m;起点距取1100m时,导流洞施工导截流过程中水位从1305 m升高至1306.1m,合龙后继续升高至1306.6m。

根据工况2同水位下导流洞内水面变化情况试验结果,对于起点距取0m时,在导流洞施工导截流的过程中水位从1308.3m逐渐升高至1309.5m,合龙后继续升高至1310m;起点距取200m时,导流洞施工导截流过程中水位从1308.3m逐渐升高至1309.2m,合龙后继续升高至1309.8m;起点距取400m时,导流洞施工导截流过程中水位从1308.3m逐渐升高至1309.1m,合龙后继续升高至1309.7m;起点距取600m时,导流洞施工导截流过程中水位从1308.3m逐渐升高至1308.8m,合龙后继续升高至1309.3m;起点距取800m时,导流洞施工导截流过程中水位从1308m升高至1308.5m,合龙后继续升高至1308.8m;起点距取1100m时,导流洞施工导截流过程中水位从1307.9m升高至1308.1m,合龙后几乎没有变化。

通过对不同龙口宽度下导流洞水面线的分析,两种工况下,水面线均随起点距的增大而降低;龙口宽度越小,降速越大。当下游为死水位时,导流洞进出口水位均较低,随着龙口宽度的减小,水位逐渐升高,水面比降增大。下游为正常蓄水位时,工况2导流洞沿程水位起初高出工况1,随着截流过程的推进,水位逐渐增大,水面比降仍较小[5]。

3.3 导流洞出口流态

根据对下游伦潭水电站运行过程中导流洞出口流态的分析,其出口主要表现为淹没出流方式,尾水干扰来水的特征十分突出,致使导流洞内壅水明显,对导流不利。

3.4 龙口处水力要素

截流期间,龙口宽度处于不断变化过程,不同工况下龙口处水力要素试验结果见表3。根据表中结果,在截流过程中随着龙口宽度的减小,工况1下戗堤上下游水位落差从2.24m增大至8.56m,增大了2.37倍;工况2下戗堤上下游水位落差从2.54m增大至7.80m,增大了2.07倍。工况1下龙口单宽流量从30.34m3/(s·m)降至5.89m3/(s·m),降低4.15倍;工况2下龙口单宽流量从23.09m3/(s·m)降至8.72m3/(s·m),降低1.65倍。工况1龙口单宽功率降低54.26%,工况2龙口单宽功率降幅仅为0.38%;两种工况下龙口流速均值降幅基本一致。

表3 龙口处水力要素试验结果

4 结 论

综上所述,下游伦潭水电站按照正常水位运行时,截流之初导流洞进流小于死水位;随着戗堤合龙的持续推进,导流洞分流量持续增大,戗堤处洪水位也高出死水位,但水位落差比死水位小,水流流速也较为缓慢。下游水电站按照死水位运行时,截流之初导流洞进流多,在合龙进程中,导流洞分流量增加缓慢;直至戗堤合龙,导流洞分流量仍较为接近。河道下游水电站运行方式对施工导截流存在较大影响,截流河段下游水位较高的情况下,必将使导流洞进出口水位增大,洞内比降减小,流量降低;但此时单宽功率和龙口流速也会随之降低,对截流较为有利。