水力学试验成果：底孔短管推荐方案优化

经过上述大量试验比选,开天窗方案为短管推荐方案,这一方案的基本型式见图6.1,其综合性能如下。

(1)截流水位落差。上游围堰拆除高程57.0m,下游围堰拆除高程53.0m;下游葛洲坝正常蓄水位66.0m(±0.5m),校核洪水位67.0m。在这些条件下,短管推荐方案的基本型式和尺寸能够满足截流水位落差的要求,在设计截流流量9010m3/s时,截流水位落差均小于3.5m,见表6.2。

表6.2　底孔短有压管方案截流水位落差试验成果(见图6.1所示方案)

(2)泄流能力。短管推荐方案的泄流能力见图6.16[5]。该方案在上游水位70.0m以下时短管出口为淹没流,在70.0m以上时为自由出流。流量系数在0.87～0.91之间,不同的试验略有差别。

图6.16　底孔短管方案泄流能力曲线(www.xing528.com)

(3)流态描述。如前所述,导流底孔在预计运行的3年中,工作条件有很大差异,运行水位变幅大,而下游水位始终高于出口顶部和挑流鼻坎。因此,底孔内流态与鼻坎挑角及明流段底坡坡度关系很大。推荐方案采用挑角25°,底坡1∶16。上游低水位的典型流态见图6.17。

图6.17　底孔短管方案上游低水位时流态描述(单孔模型试验,单位:m)

(a)底孔总泄量15200m3/s,三斗坪水位66.8m;(b)底孔总泄量13230m3/s,三斗坪水位66.80m;(c)底孔总泄量9200m3/s,三斗坪水位66.30m

(4)下游导墙及回流对底孔流态的影响。在整体模型试验中发现,泄洪坝段下游两侧水位略高于中间水位,因此在各种运行工况下,左右两侧各有3～4个底孔旋滚进入坝内反弧段的“天窗”,但尚未封堵短管出口。右侧受回流影响,22号边孔旋滚摆动极限位置可达短管出口顶部附近,将两侧6个孔的进口高程适当抬高加以解决。

(5)下游衔接流态及河床冲刷情况。在上游低水位工况下,下游衔接为弱水跃,水面波动不大,没有明显的冲刷现象发生。在围堰挡水发电工况下,下游衔接为挑流与面流的混合流态,在水舌落水点的上下游形成很大的水位差,最大可达9～10m,这一推拽作用降低了底孔下游水位,有利于改善底孔出口流态。水舌上游形成反向底部旋滚,使冲刷料回淤堆积在坝趾后,水舌落水区河床形成冲刷坑。局部模型试验结果,在上游水位135m时,底、深孔全开,冲坑最低高程26.0m,距坝趾145.0m左右;而在整体模型试验中发现,冲坑最深高程达12.3m,距坝趾135.0m左右,位于坝段中部;右导墙附近有较大的回流区,最大回流速度9.0m/s,冲坑最低高程为43.0m,距坝趾107.0m。