郭家滩水电站改建工程橡胶坝面流消能计算

摘要：通过对郭家滩水电站橡胶坝泄流进行面流消能计算，确定挑角和坎高，为做面流消能模型试验提供基本参数。 关键词：面流消能；挑角；坎高；淹没面流；郭家滩电站 工程概况 郭家滩水电站改建工程位于江西省修水县，是修河干流上一座以发电为主的电站。水库正常蓄水位107.5m，设计洪水位(p=2%)110.28m，校核洪水位(p=0.2%)113.0m，总库容2.62x108m3，电站装机容量10MW；根据本工程下游河床宽度、河床允许抗冲能力、闸墩应力条件和泄洪能力要求，确定工程泄洪建筑物型式为三孔泄水闸和橡胶坝联合泄洪的型式，其中三孔泄水闸每孔净宽11.0m，堰顶高程98.50m,为驼峰堰，设平面闸门挡水，采用底流消能方式消能；橡胶坝堰顶高程104.0m,采用WES实用堰，曲线方程为Y=0.08538X1.85，总宽度85.0m，每17m设一伸缩缝，采用橡胶坝挡水，其正常蓄水位107.5m以下挡水高度3.5m，超高0.2m，采用面流消能方式消能。 本工程在洪水过程中，运行调度原则是先启用三孔闸，后启用橡胶坝泄洪，即当三孔泄水闸全开后，水库水位还可能超过正常蓄水位107.5m情况下，才启用橡胶坝泄洪；采用这种方式运行，一方面减少橡胶坝运行次数，另一方面为启用橡胶坝泄洪时下游形成面流消能创造条件，并且采用面流消能相对橡胶坝采用底流消能方案可节省较多投资。 橡胶坝泄流进行面流消能计算 2.1计算条件及原则 根据本工程实际情况，拟采用高坎面流消能，挑角θ=00，根据三孔闸与橡胶坝联合运行工况，采用上游水位107.5m，109.0m，110.5m，111.5m，113.0m，114.0m六个流量进行计算，水位~流量关系见表1，下游护坦顶面高程为95.0m。 表1 水位~流量关系表 组号 流量Q（m3/s） 上游水位（m） 上游水位（m） 1 884 107.50 104.39 2 1507 109.00 105.75 3 2231 110.50 107.26 4 2760 111.50 108.28 5 3604 113.00 109.80 6 4160 114.00 110.80 2.2计算过程 按坎高a=0判别下游水深是否可能产生面流衔接 计算按坎高a=0时的底流衔接跃后水深hc’’，并列出相应下游水深ht，其结果见表2，从表2中可以看出各级流量下的ht均大于hc’’，说明有可能获得面流流态衔接。 表2 跃后水深hc’’计算成果表 组号 1 2 3 4 5 6 流量Q（m3/s） 884 1507 2231 2760 3604 4160 单宽流量q（m3/s） 10.4 17.73 26.25 32.47 42.40 48.94 下游水深ht（m） 9.39 10.75 12.26 13.28 14.80 15.80 跃后水深hc’’（m） 4.65 6.07 7.39 8.24 9.44 10.18 临界水深hk（m） 2.26 3.23 4.19 4.83 5.78 6.35 坎高a的选择 计算各级流量Q及对应下游水深ht产生自由面流消能的界限坎高a1（坎处无闸墩），由下式计算： a1=hokp―2h1―ht―2(ht2―A)1/2…………………(1) 式中：a1―形成自由面流的界限坝高； hokp={1+（6Fr12+1）1/2}h1/3 h1―坎上水深，可由坎上总水头S与临界水深hk的比值查《水力学计算手册》图4-2-3中得出h1/hk，可得出h1，其中流速系数φ=0.80。 A―2 Fr12 h13（α1/h1―αt/t2） 其中：Fr12=（hk/ h1）3 α1、αt为动能修正系数，一般取值为1.0。