水科院试验研究短闸墩布置方案的表孔采用

水科院表孔采用短闸墩布置方案是在1∶125的整体模型中进行的。详见参考资料[2]。孔宽、堰顶高程、堰面体型、门槽布置均与长江委初步设计方案相同。仅将表孔长闸墩改为短闸墩,闸墩长42.74m,比初步设计阶段缩短67.26m,墩尾采用流线型,位置靠近渥奇段末端,距坝轴线37.74m处,使表孔水流在坝面提前扩散,从而减小了出坎单宽流量(约为长闸墩表孔的1/3)。表孔挑坎亦上移至距坝轴线68.06m处,其末端高程为108.8m,反弧半径12m,挑角15°,形成深孔、表孔双层过水,在空中碰撞消能的新布置。研究方案见图4.2。另外,为了方便表孔运用调度及表孔挑流水舌下面充分通气,将22个表孔用两个宽13m的长隔墙分成三区,中区8孔(过水前缘宽155m),两边区各7孔(过水前缘各宽134m)。水科院表孔采用短闸墩布置方案的整体模型试验是在“八五”国家科技攻关期间进行的,当时导流底孔采用长有压段布置方案尚未提出来。因此,深孔闸墩也较初步设计的长闸墩缩短了46.94m,墩尾为半圆头型(R=7m),既考虑水流更好的提前扩散,又拟利用近似于钝头型墩尾的卷气作用,而且闸墩后形成的水冠还可使挑流水舌竖、纵向拉开,减小单位面积入水流量,减轻下游冲刷。深孔挑坎反弧半径和挑角仍采用初步设计数据(R=40m,a=27°)。试验结果表明:

(1)流态。由于深孔、表孔都采用了短闸墩,所以水流在坝面扩散比较充分。如上游水位180m,表孔单孔开启,水流在挑坎末端扩散宽度达46m,入水宽度达109m;深孔单孔开启,水流在挑坎末端扩散宽度达49m,入水宽度达128m。因此无论表孔、深孔全部或间隔开启,水流均能布满整个溢流前缘,使出坎单宽流量明显降低,下游河床冲刷相应减小。

表孔采用流线型墩尾,水流扩散均匀,墩后水冠很小,水舌内外缘挑距远。在各级上游水位下,即使表孔单独运行,其水舌也能远离坝趾入水,当上游水位为166.9m及180.4m时,水舌入水处距坝趾分别为65m和91m。试验表明,表孔泄流不会冲刷坝趾,更不会溅落在深孔泄槽内,新安江厂房顶溢流坝单孔和隔孔(流线型墩尾)开启的原型观测结果也充分说明了这一点。

当深、表孔联合泄洪时,形成双层过水,两层水舌在空中碰撞消能,纵向散开,单位面积入水流量大大减小,冲刷平衡深度也随之减小。(www.xing528.com)

(2)坝趾下游冲刷。当遭遇百年以下洪水,宣泄56700m3/s流量时,深孔开18孔,电站18台机组参加运行,此时右导墙左侧、河床中部和左导墙右侧,冲刷坑最深处高程分别为30.2m、27.7m和14.4m,冲坑最深处距坝趾均在190m以外。当遭遇设计洪水,宣泄69800m3/s流量时,深孔开21孔,表孔开16孔,加2个排漂孔,机组不参加运行,此时右导墙左侧、河床中部和左导墙右侧冲坑最深处高程分别为21.4m、28.4m和23.9m(表孔分三区,中孔不分区),冲坑最深处距坝趾均在190m以外。当上游水位180.4m,宣泄洪水流量88000m3/s时,设计拟定的第二种不利工况是机组不运行,深孔、表孔10%闸门失效,模型中控制开21个深孔、20个表孔、2个排漂孔,总泄量为88000 m3/s,此时右导墙左侧、河床中部、左导墙右侧冲坑最深处高程分别为20.7m、27.4m和12.4m,冲坑最深处距坝趾均在185m以外。上述试验结果是在早期右导墙左侧未设横向防冲隔流墙和防淘护坦等条件下取得的。

总体看,采用短闸墩,深孔、表孔双层过水的泄洪布置方案,在各级上游水位和流量运行条件下,冲坑深度均比长闸墩方案小。

长江委综合表孔采用长、短闸墩的研究结果,确定采用每个表孔均设置两道直至鼻坎末端的长闸墩,并结合导流底孔采用长管布置方案的需要,鼻坎末端桩号由单项技术设计的20+105m前移至20+75.7m,缩短了29.3m。