弯道取水口引水防沙模型试验设计及优化

第01期（总第380期）吉林水利2014年01月［文章编号］1009-2846(2014)01-0005-04［收稿日期］2013-08-28［作者简介］侯芳（1987-），女，现就读于四川大学水力学及河流动力学国家重点实验室研究生，研究方向：水力模型试验研究。黔北发电总厂现有装机4×125MW＋4×300MW机组,拆除老厂4×125MW机组以“上大压小”方式异地建设2×660MW机组，新建工程补给水取自偏岩河，偏岩河为长江流域乌江左岸一级支流，拟建取水口位于木孔水文站上游9.5km，茶园河与偏岩河汇合口下游约200m处，距本工程厂址约1.5km。工程拟建取水枢纽型式为拦河闸坝结合的方式，设计标准为100年一遇洪水设计、1000年一遇洪水校核。为确保取水安全、可靠和取水枢纽工程设计优化，推荐经济合理、运行安全可靠的电厂取水枢纽工程方案，进行该工程水工模型试验。1试验概况对电厂原设计方案进行典型工况水沙试验，初步了解方案引水防沙情况后进一步优化设计取水工程建(构)筑物的型式，确定取水枢纽的总体布置方案，选择合适的取水枢纽建筑物型式、尺寸和优化建筑物布置。研究取水河段内各级流量沿程水位、比降变化，并进一步分析取水枢纽泄洪能力是否达到设计标准。最后观察河道下泄不同频率洪水时，输沙过程进行观测，测量各工况泥沙淤积平衡后形态以进一步优化引水防沙工程措施。通过上述模型系列水沙试验，分析取水河段取水条件及河床冲淤变化规律，以达到安全、可靠、合理的取水目的。拟建包括约2.0km的试验河段正态水工泥沙模型，模型比尺λL=40，推移质泥沙模型选用天然沙γs=2.65T/M3。模型尾水处设置了尾水控制装置，校准了模型系统误差，精确相似。模型布置示意如右图：2试验成果2.1原设计方案试验现象2.1.1流态观察试验主要对河道下泄500m3/s及1580m3/s流量下水流流态进行研究。试验结果见下图：由试验观测可知，现有坝上游段水流流态与天然情况基本相似；现有坝处受闸坝取水枢纽壅水影响，500m3/s流量时，水面跌落较天然情况减缓，大频率洪水1580m3/s流态变化不大，水面波动明显；闸坝段水流主流偏向闸孔侧出流，闸坝上弯道取水口引水防沙模型试验设计及优化侯芳，彭清娥（四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065）［摘要］黔北电厂取水口枢纽布置在河道急弯段，水流流态复杂，水力学影响因素难以控制，为确保取水安全、可靠以及取水枢纽工程设计优化，通过相似原理与模型试验对特征流量级下水流流态、流速分布、泥沙冲积等关键水力因素进行研究并结合泥沙淤积结果提出了新增拦沙坎的实验条件，通过两设计方案对比取优，结果表明新设计方案泄洪防冲效果显著。鉴此，本文通过对实验设置布置、现象结果优化措施等进行详细介绍，为此类工程实验提供设计参考。［关键词］泥沙研究；方案优化；模型试验；黔北电厂［中图分类号］TV732.1［文献标识码］A取水泵房5--吉林水利弯道取水口引水防沙模型试验设计及优化侯芳等2014年01月游导流墙头部出现不同程度的绕流现象，并对左侧闸孔泄流有一定影响，闸室水流出现菱形波，水面不平稳，闸孔出流顺畅，闸孔段下游形成远驱式水跃，消能效果较差，溢流坝段出现水面跌落，下游消力池消能充分；取水口门前水流较为急促，水面有一定波动。Q=1580m3/s取水河段水流流态2.1.2流速测量试验过程中对河道下泄500m3/s及1580m3/s流量时，取水河段流速分布进行了观测，试验结果见图1、图2。由河道下泄各级流量时闸坝下游消力池段流速测量结果来看溢流坝下游消力池消能效果较好，对流速分布调整较为明显,泄洪冲沙闸下游消力池出池水流流速仍较大，最大达4.6m/s。2.1.3泥沙淤积特性图3、图4为原设计方案特征流量输沙试验时取水河段泥沙淤积形态。试验结果表明：原设计方案防沙工程措施（上导墙及弧型导沙坎），经过各级流量试验，泥沙均能顺利排向下游，达到取水口“门前清”。Q=500m3/s取水河段水流流态图2方案一Q=1580m3/s流速分布示意图图3Q=500m3/s取水河段泥沙淤积形态Q=1580m3/s取水河段泥沙淤积形态图1方案一Q=500m3/s流速分布示意图2.2改进方案实验现象2.2.1流态观察与原方案对比，改进方案是结合泥沙淤积试验结果为防止泥沙淤高进入消力池，在其上游加设一拦沙坎新增拦沙坎，现观察出闸水流对下游右岸坡顶冲刷，结果如下：由试验观测得到，该布置方案下取水河段水流流态与方案一基本相似。闸坝段水流主流偏向Q=500m3/sm/svt3.53.12.72.31.91.51.10.70.3-0.1-0.5CS10CS39CS13CS22CS36CS24CS34CS26CS31CS30Q=1580m/svt4.543.532.521.510.5