檳榔江勐乃水電站導流洞水力計算概要

1、檳榔江勐乃水電站導流洞水力計算劉軍(云南省水利水電科學研究所云南昆明650228摘要:盈江縣檳榔江勐乃水電站采用隧洞導流方式,如何合理地選擇導流標準、洞徑尺寸、確定上下游圍堰的高度,直接決定了施工導流建筑物的造價,甚至影響到整個工程的工期,本文就勐乃水電站導流洞的水力計算方法和過程作進一步闡述。關鍵詞:導流標準泄流能力糙率1.工程簡介勐乃水電站位于盈江縣西北盞西鎮(zhèn)檳榔江中游河段,地理位置為東經(jīng)97°31-98°16、北緯24°22-25°20之間,壩段河谷為“V”字形峽谷,河床寬約40m。樞紐建筑物由混凝土重力壩、壓力鋼管、地面廠房、升壓站等組成。水庫興

2、利庫容903.18×104m3,擋水建筑物最大壩高51m,混凝土重力壩壩頂高程1059.0m,河床部位最低建基面高程1008.0m,壩頂長度175.6m,壩頂寬度5.0m。樞紐施工采用一次性攔斷河床,上下游土石圍堰,隧洞導流方式。導流洞布置于右岸,全長153.5m,主要巖性為泥盆系下統(tǒng)關上組上段D1g2a灰?guī)r段, D1g2a灰?guī)r為淺灰、深灰色,中厚層狀,為中硬巖,成洞地質條件較好。2.設計標準與洪水根據(jù)首部樞紐工程等別、永久建筑物級別及水利水電工程施工組織設計規(guī)范(SDJ338-89的規(guī)定,導流建筑物級別定為5級,導流標準取P=33.320%。因本工程壩址處河谷狹窄,河床沖積層較厚,

3、經(jīng)過對壩址區(qū)地形、地質、建筑物施工特性及河流水文特性的綜合分析,擬采用右岸隧洞導流方式,根據(jù)施工進度要求及導流時段初擬為枯期(124月。根據(jù)水利水電工程施工組織設計規(guī)范(SDJ338-89的規(guī)定,本工程首部樞紐的施工導流標準初擬如下:表1 施工導流標準及流量表 3.導流洞水力計算3.1擬定導流洞斷面尺寸導流隧洞斷面尺寸的擬定根據(jù)隧洞和圍堰總造價優(yōu)化后選擇,因為隧洞斷面尺寸小,可使造價比較低,但洪水時期洞前水位就比較高,因而上游圍堰比較高,圍堰造價增加,要采用最經(jīng)濟的隧洞斷面必須計算隧洞和圍堰的總造價。設計時分別選取底寬5×6.0m、6×7.2m、7×8.4m和8&

4、#215;9.6m 四種隧洞斷面進行水力計算和投資估算對比分析:斷面尺寸為6.0 m ×7.2m(寬×高,凈面積51.6 m2 方案,在工程量、投資、渡汛等方面比較合理,經(jīng)水力和施工條件比較后采用城門洞型無壓隧洞。表2 上游圍堰和隧洞的工程量和造價估算表 (單位:m 3.2洞身段過流能力復核無壓隧洞洞身段的過流能力,按明渠均勻流公式計算:Ri C Q =式中:Q -流量;-過水斷面面積,對于矩形斷面=bh 0; C -謝才系數(shù)C =R 1/6/n R -斷面水力半徑R=/x ;i -水道底面坡降;隧洞底坡i =0.008,斷面寬度b=6.0m ,滿足無壓凈空面積界限(15%

5、時的水深h 0=6.5m ,對于噴錨支護糙率n=0.025。Ri C Q =225.0m 3/s >Q 設=210.0m 3/s洞身過流能力滿足要求。 3.3隧洞進口高程的選取隧洞進口底板高程的選取與導流洞的施工及造價相關,隧洞進口底板高程較高時,施工期洪水對導流洞的施工干擾小,但增加了上游圍堰的高度,提高了造價;隧洞進口底板高程較低時,可適當降低上游圍堰的高度,但汛期來臨時,導流洞進出口需采取二次導流的措施。經(jīng)綜合比較,隧洞進口底板高程確定為1023.00m ,高于枯期水位1.5m 。 3.4隧洞進口上游水頭H 0的計算當隧洞泄流為明流時,水流流態(tài)有急流和緩流兩種。對于急流,下游水位對

6、上游隧洞進口水深不發(fā)生影響,因此上游水頭H 0可按非淹沒寬頂堰公式計算:3/202(gmb Q H =式中:m 流量系數(shù),m =0.320.38;b 隧洞進口處水面的計算寬度;對于緩流,下游水位對上游隧洞進口水深將發(fā)生影響。但一般情況下,隧洞長度較長,這種影響可以忽略不計,故隧洞進口內的水深可近似地按正常水深計算;而正常水深可按謝才公式Ri AC Q =用試算法確定。從上式求出正常水深后,可由下式近似求得上游壅高水深H :02221h gv H +=式中:考慮側向收縮的流速系數(shù); v 隧洞進口流速; h 0隧洞內正常水深;導流洞臨界水深h k 按矩形斷面明渠臨界水深計算:322gbQ h k

7、=其中:Q =225m 3/s , b =6.0m ,=1.0,求得h k =5.23m <正常水深h 0=6.5m ,屬緩流。上游壅高水深H =5.6812+=8.4m 其中:v =225/39=5.67m 3/s , =0.95。 3.5上游圍堰高程的擬定上游圍堰高程=隧洞進口底板高程+上游壅高水深H+圍堰安全超高=1023+8.4+0.5=1031.9m 。 3.6下游圍堰高程的擬定下游圍堰高程等于下游水位加安全超高。下游水位一般可按下游水位流量關系曲線確定。經(jīng)查值,對應于設計流量210m 3/s 的下游水位為1023.8m ,下游圍堰高程=下游水位+圍堰安全超高=1023.8+0.5=1024.3m 。 4.結 語導流洞水力計算緊緊圍繞著洞身過流和上游壅高水深H 開展,其最終目的是根據(jù)計算結果比較隧洞尺寸和上游圍堰高度,選擇最經(jīng)濟的隧洞斷面。導流洞于2006年12月初河床截流時正式過水,根據(jù)上游水文站提供的水文資料,導流洞實際泄流量可達240m 3/s 左右,計算成果基本合理。 參考文獻:1吳持恭.水力學M.北京:高等教育出版社,1982. 2袁光裕等.水利工程施工M.北京:中國工業(yè)出版社,1965 3汪胡楨.隧洞的設計理論和計算M.北京:水利電力出版社,1990 4蘇尼古拉耶夫.水利水電