安谷水電站消能防沖布置方案優(yōu)化

2024年3月25日發(fā)(作者：和水有關的成語)

第３７卷第４期　

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文章編號：１ｏ０３?２８４３（２０１Ｉ）Ｏ４．０６６６－０６　

安谷水電站消能防沖布置方案優(yōu)化　

覃文文，劉華，胡嵐平，李連俠，沈煥榮，易文敏　

（四川大學水電學院，四川成都６１００６５）　

摘要：安谷水電站布置在山區(qū)轉平原入口的沖積扇上，樞紐消能防沖的方案設計關系到建筑物的安全和下游河床河　

岸的穩(wěn)定．本文通過整體水工模型實驗，在原設計方案的基礎上，對樞組的消能防沖方案進行優(yōu)化，對比分析了閘下消　

力池池內及出口處的水流流態(tài)、流速分布及閘下消能率．提出的優(yōu)化方案簡化了消能工的結構，節(jié)省了工程量，較好地　

解決了消能防沖問題．　

關鍵詞：泄洪沖砂閘；消力池；兩級消能；消能防沖；方案優(yōu)化　

中圖分類號：ＴＶ２２２　文獻標志碼：Ａ　

ｄｏｉ：１０．３９６％．ｉｓｓｎ．１００３—２４８３．２０１　１．０７．４３　

１　引言　

閘壩型水利樞紐作為水工建筑物的主要類型，在國內分布廣泛，數量眾多，其基本特點是上下游水位差相　

對較小，但閘壩建筑普遍存在河床抗沖刷能力差，不同閘門開啟方式會導致不對稱的集中水流等問題，危及建　

筑物本身及下游地區(qū)的安全．因此需要設置合理的消能防沖工程　Ｊ．國內外有許多因消能防沖工程設置不當而　

造成的閘壩失事．如印度的Ｋｈａｎｋｉ堰１８９５年失事，Ｎａｒｏｒａ堰１９８５年失事，Ｉｓｌａｍ堰和Ｄｅｏｈａ閘ｌ９２９年失事等　ｊ．　

我國也有諸如此類事件，如古恰泄洪閘，消力池未能有效消除余能，在海漫段產生水躍，造成沖刷破壞【４Ｊ．南盛　

攔河樞紐，因現有消能工不能滿足單孔泄洪的消能要求，導致海漫破壞，形成較大沖坑ｐ　Ｊ．新疆蘑菇湖水庫因消　

能工設計不當，導致消力池失事【ｏＪ．因此，閘壩下游的消能防沖問題，是水力學研究的重要內容，由于影響消能　

防沖問題的因素較多，針對具體工程，需要通過模型試驗，來確定出經濟合理的消能防沖措施，解決閘壩下游的　

消能防沖問題【７＿８】．　

安谷水電站擋水建筑物為閘壩，水庫調蓄能力差，遇洪水時大排大泄，絕大部分懸移質細顆粒泥沙將通過　

閘壩排往下游．需要設置合理的消能措施，才能安全高效地消除下泄余能，有效地保護下游建筑物，同時保證河　

道行洪能力和河岸安全．針對本工程，進行了水工模型試驗，來確定出經濟合理消能防沖措施，解決閘壩下游的　

消能防沖問題．　

２原方案實驗結果　

２．１工程概述　

安谷水電站位于四川省樂山市沙灣區(qū)安谷鎮(zhèn)境內，其樞紐的擋水建筑物包括非溢流面板壩、泄洪（沖砂）閘　

壩、電站廠房、右岸接頭壩等．泄洪（沖砂）閘段布置于河床中部，全長１８６．０ｍ，共設１３孔寬１２．０ｍ閘孔，采用開　

敞式平底堰，閘室凈高２１．７ｍ，閘室順水流方向長４８．０ｍ，中墩厚４ｍ，縫墩厚５ｍ，采用弧形工作門，工作門后底　

收稿日期：２０１１．０３。２９　

作者簡介：覃文文（１９８７－），女，碩士研究生，主要從事水力學方面研究；劉華（１９６９．），女，副教授，主要研究水力學及河流動力學，　

電站水力學，水工建筑物．　

第４期　覃文文，等：安谷水電站消能防沖布置方案優(yōu)化　６６７　

板以１：４的斜坡接反弧段（半徑３Ｏｒｅ）與消力池相接．該工程擋水建筑物均按１　００年一遇洪水標準設計，相應流量　

Ｑ＝１０８００ｍ３／ｓ，校核洪水按２０００年一遇標準設計，相應流量Ｑ＝１４ＯＯＯｍ３／ｓ．泄洪（沖沙）閘下游消能防沖設計的　

洪水標準采用５０年一遇洪水，相應流量Ｑ＝Ｉ　ｏ０００ｍ３／ｓ．　

本工程根據重力相似準則，采用幾何比尺為１：７０的正態(tài)模型進行試驗，流速比尺為１：８．３７，流量比尺　

１：４０９９６，糙率比尺１：２．０３，時間比尺１：８．３７．針對消能防沖問題，對Ｑ＝４５００ｍ３／ｓ、Ｑ＝８０９０ｍ３／ｓ、Ｑ＝ｌＯＯＯＯｍ３／ｓ　

等工況進行了實驗，以下游消能防沖設計洪水標準（Ｑ＝１　Ｏ０００ｍ３／ｓ）Ｉ況為例進行分析說明．　

２．２消能工布置　

安谷水電站采用兩級消力池消能，消能工的布置如圖１、２所示：工作閘門后閘室底板以１：４的斜坡與消力　

池相接，兩者以半徑３０ｍ的反弧段過渡．第一級消力池底板頂高程３６９．ＯＯｍ，池長６５．３１ｍ，消力池末端樁號　

０＋１４８ｍ，池內布置兩排消力墩及一排差動式消力坎，消力墩頂高程均為３７４．Ｏｍ，墩高５ｍ，差動坎高３．７５－５．Ｏｍ，　

坎后以１：２的斜坡與第二級消力池相接；第二級消力池底板高程３６９．５．ＯＯｍ，池長４１．ＯＯｍ，消力池末端樁號　

０＋１８９ｍ，池未端設差動式消力坎，坎高２．７５￣４．５ｍ，坎后以ｌ：２的斜坡與長度為１６４ｍ的海漫連接，至樁號　

０＋２３９ｍ處，再以１：４反坡連接至樁號０＋２５１ｍ處，高程為３７４．５ｍ，后接水平海漫，長為１０２ｍ，海漫總長度１６４ｍ．　

閘室出口下游消力池內順水流方向布置有兩道導流墻．　

腳　

第一級消力池　第二級消力池。　海漫段　

圖１　原方案消能工縱剖圖　

圖２原方案平面布置圖　

２．３試驗結果及分析　

圖３、圖４為原方案不同閘門開啟方式下的流態(tài)圖，由圖３、４可見水流進入閘室內成降水曲線，下泄順暢，水　

流出閘后向兩側擴散，在閘墩尾部形成明顯高于主流的縱向水翅，直至被下游水躍淹沒；第一級消力池內水躍明　

第４期　覃文文，等：安谷水電站消能防沖布置方案優(yōu)化　６６９　

３優(yōu)化方案試驗結果　

３．１方案布置　

根據原方案實驗得出的結論，對消能工形體進行了優(yōu)化如圖７、８所示，在原方案基礎下作了如下修改：（１）　

取消了兩排消力墩；（２）取消了閘室出口下游消力池內的兩個縱向導流墻；（３）原推薦方案第四排差動坎消能率　

很少，取消第四排差動坎；（４）取消了原有的閘室底板與消力池底板的反弧段連接，直接改用跌坎連接，跌坎位置　

在０＋６７ｍ處（高程３７２．Ｏｍ），跌至消力池底板（高程３６９．Ｏｍ）；（５）在樁號０＋１０５．Ｏｍ處，即原推薦方案中第二排消力　

墩的位置，設置一道連續(xù)消力坎（頂高程３７６．Ｏｍ，頂寬１．５ｍ），迎水面坡度１：０．５，背水面坡度１：２；（６）第二級　

消力池差動尾坎位置在樁號０＋１４８．Ｏｍ處，其型式仍采用差動式消力坎；（７）消力池尾坎末端與海漫以１：１２的逆　

坡連接，逆坡段起點位置在０＋１５８．Ｏｍ（底板高程３６９．５ｍ），末端至樁號０＋２１２．Ｏｍ，其后接５７ｍ長的平臺段（高程　

３７４．Ｏｍ，末端樁號０＋２６９．Ｏｍ）；（８）海漫與河床之間以２８ｍ長的防沖槽連接，槽底面高程３７１．５ｍ，頂面高程從　

３７４．Ｏｍ過度到河床高程３７４．５ｍ，槽內用大石回填，上下游坡度分別是１：３．６和１：３　

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圖７優(yōu)化方案消能布置平面圖　

消力池護垣段　海漫段　大石回埴段　

圖８優(yōu)化方案消能工縱剖圖　

３．２試驗結果　

優(yōu)化方案流態(tài)如圖９、圖１０所示：在連續(xù)的消力坎前后形成兩級穩(wěn)定的水躍，兩級水躍明顯，消力池內水　

第４期　覃文文，等：安谷水電站消能防沖布置方案優(yōu)化　６７ｌ　

４結論　

（１）優(yōu)化方案取消了原方案中第一排消力墩，避免了下泄高速水流對消力墩的直接碰撞和強烈沖擊，使得　

消力池內水流平順，波動較小，有利于軟基上的建筑物安全．　

（２）優(yōu)化方案將原方案第二排消力墩改為連續(xù)坎，使兩個消力池能均形成了穩(wěn)定的水躍，充分發(fā)揮了二級　

消能的作用，在各級流量工況下，消能效果均良好．　

（３）優(yōu)化方案取消了消力池內的兩個縱向導流墻，消力池內的流速橫向分布較為均勻；閘室底板與消力池　

底板改用跌坎連接，增大了消能水體，消力池內流速及出池流速較原方案均明顯減小．　

（４）優(yōu)化方案中海漫前段采用反坡設計，后段采用防沖槽回填大石，海漫上水面跌落較小，有效減小了海　

漫及河床的沖刷深度，對海漫起到有效保護作用．　

優(yōu)化方案閘壩下游采用連續(xù)坎與差動坎結合的兩級消力池，在各級流量工況下，消能效果良好，尤其適用　

于安谷水電站床質較細、下游水墊較淺的條件，同時減小了施工難度，節(jié)約了工程投資．　

參考文獻：　

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【４】　陳萬波，王立志．古恰閘下游海漫破壞原因及處理辦法［Ｊ］．黑龍江水利科技，２００４（０３）：８１—８４．　

【５】何哲，黃家寶．南盛攔河壩消能工破壞原因分析［Ｊ］．廣東水利水電，２００２（０５）：７９—８４．　

【６　吳宇峰．蘑菇湖水庫消力池的失事原因分析［６】Ｊ］Ｉ排灌機械，２００３，２ｌ（６）：２７－２９．　

［７】文恒，智泓，牟獻友．水閘消能防沖設計條件的確定［Ｊ】．水利水電科技進展，２００５，２５（０６）：ｌ７－２０．　

【８】左光棟，楊雪峰，張緒進．鉆根水利樞紐工程消能防沖實驗研究［Ｊ】．重慶交通大學學報，２００５（２）：１４４－１４８　

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎｔｉｓｅｏｕｒ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ａｎｇｕ　

Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　

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（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６　１　００６５，Ｐ．Ｒ．Ｃ．）　

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ｒｉｖｅｒｂａｎｋ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｎｄｕｃｔｓ　ａｎ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｎ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｄｅｓｉｇｎ，ｏｐｔｉｍｉｚｅｓ　ｔｈｅ　

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