導語：水電站工程改建管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1．工程概況

郭家灘水電站改建工程位于江西省修水縣，是修河干流上一座以發(fā)電為主的電站。水庫正常蓄水位107.5m，設計洪水位(p=2%)110.28m，校核洪水位(p=0.2%)113.0m，總庫容2.62x108m3，電站裝機容量10MW；根據(jù)本工程下游河床寬度、河床允許抗沖能力、閘墩應力條件和泄洪能力要求，確定工程泄洪建筑物型式為三孔泄水閘和橡膠壩聯(lián)合泄洪的型式，其中三孔泄水閘每孔凈寬11.0m，堰頂高程98.50m,為駝峰堰，設平面閘門擋水，采用底流消能方式消能；橡膠壩堰頂高程104.0m,采用WES實用堰，曲線方程為Y=0.08538X1.85，總寬度85.0m，每17m設一伸縮縫，采用橡膠壩擋水，其正常蓄水位107.5m以下?lián)跛叨?.5m，超高0.2m，采用面流消能方式消能。

本工程在洪水過程中，運行調度原則是先啟用三孔閘，后啟用橡膠壩泄洪，即當三孔泄水閘全開后，水庫水位還可能超過正常蓄水位107.5m情況下，才啟用橡膠壩泄洪；采用這種方式運行，一方面減少橡膠壩運行次數(shù)，另一方面為啟用橡膠壩泄洪時下游形成面流消能創(chuàng)造條件，并且采用面流消能相對橡膠壩采用底流消能方案可節(jié)省較多投資。

2．橡膠壩泄流進行面流消能計算

2.1計算條件及原則

根據(jù)本工程實際情況，擬采用高坎面流消能，挑角θ=00，根據(jù)三孔閘與橡膠壩聯(lián)合運行工況，采用上游水位107.5m，109.0m，110.5m，111.5m，113.0m，114.0m六個流量進行計算，水位~流量關系見表1，下游護坦頂面高程為95.0m。

表1水位~流量關系表

組號

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計算過程

（一）按坎高a=0判別下游水深是否可能產(chǎn)生面流銜接

計算按坎高a=0時的底流銜接躍后水深hc’’，并列出相應下游水深ht，其結果見表2，從表2中可以看出各級流量下的ht均大于hc’’，說明有可能獲得面流流態(tài)銜接。

表2躍后水深hc’’計算成果表

組號

1

2

3

4

5

6

流量Q（m3/s）

884

1507

2231

2760

3604

4160

單寬流量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

躍后水深hc’’（m）

4.65

6.07

7.39

8.24

9.44

10.18

臨界水深hk（m）

2.26

3.23

4.19

4.83

5.78

6.35

（二）坎高a的選擇

（1）計算各級流量Q及對應下游水深ht產(chǎn)生自由面流消能的界限坎高a1（坎處無閘墩），由下式計算：

a1=hokp—2h1—ht—2(ht2—A)1/2…………………(1)

式中：a1—形成自由面流的界限壩高；

hokp={1+（6Fr12+1）1/2}h1/3

h1—坎上水深，可由坎上總水頭S與臨界水深hk的比值查《水力學計算手冊》圖4-2-3中得出h1/hk，可得出h1，其中流速系數(shù)φ=0.80。

A—2Fr12h13（α1/h1—αt/t2）

其中：Fr12=（hk/h1）3

α1、αt為動能修正系數(shù)，一般取值為1.0。

t2=α1+h1

計算步驟：假定一個a1值，通過試算，得出按式（1）計算的a1值，兩個a1值相近即為計算結果a1值，各級流量的a1值計算結果見表3。

表3各級流量的a1值計算成果表

組號

流量q

（m3/s.m）

h1

（m）

Fr12

hokp

（m）

A

（m2）

ht

（m）

a1

（m）

1

10.40

1.65

2.57

2.78

11.50

9.39

7.60

2

17.73

2.63

1.85

3.93

18.94

10.75

7.57

3

26.25

3.65

1.52

5.08

27.39

12.26

7.70

4

32.47

4.45

1.28

5.86

32.05

13.28

7.71

5

42.40

5.72

1.03

7.07

38.45

14.80

7.66

6

48.94

6.35

1.00

7.72

44.63

15.80

7.85

（2）計算各級流量q及對應下游水深ht產(chǎn)生淹沒面流的界限界限坎高a4，由下式計算：

a4=—hokp+[（hokp—h1）hokp+ht2—A]1/2………(2)

計算步驟同a1，計算A值時，t2=a4+hokp：各級流量的a4值計算結果見表4。

表4各級流量的a4值計算成果表

組號

流量q

（m3/s.m）

h1

（m）

Fr12

hokp

（m）

A

（m2）

ht

（m）

a1

（m）

1

10.40

1.31

5.13

2.90

15.02

9.39

5.92

2

17.73

2.10

3.64

4.04

25.32

10.75

5.86

3

26.25

2.98

2.79

5.18

36.30

12.26

6.02

4

32.47

3.58

2.47

5.93

44.38

13.28

6.14

5

42.40

4.74

1.81

7.02

52.75

14.80

6.48

6

48.94

5.34

1.69

7.71

60.42

15.80

6.69

(3)計算計算各級流量下要求的最小坎高amin。

由挑角θ=00，可由《水力學計算手冊》圖4-4-2查得。

以第一組為例：首先計算得E0/hk=12.5/2.26=5.52(E0—堰上總水頭=上游水位—95.0),查圖4-4-2得出當流速系數(shù)φ=0.80時，amin/hk=0.7，amin=0.7x2.26=1.58m，同理，可得出其它流量的amin值，計算結果見表5。

表5各級流量的amin值計算成果表

組號

hk

（m）

E0

（m）

E0/hk

amin/hk

amin

（m）

1

2.26

12.5

5.52

0.70

1.59

2

3.23

14.00

4.34

0.40

1.29

3

4.19

15.50

3.70

4

4.83

16.50

3.41

5

5.28

18.00

3.12

6

6.35

19.00

3.00

（4）選擇坎高

根據(jù)計算得出的a1、a4值判定，a1值較大，不符合本工程的實際情況，因此，本工程設計按淹沒面流區(qū)間設計，即a值按a≤0.95a4，a≥amin范圍選擇。其中：a4值取各級流量計算值的大值，從表4中得出a4=6.69m；amin值取取各級流量計算值的大值，從表5中得出amin=1.59m；因此，a值選擇范圍為1.59<a<0.95x6.69即1.59<a<6.63m，本工程選擇a=3.0m。

（5）按上述取得a=3.0m進行流態(tài)復核：

當a=3.0m時，按公式（3）、（4）列表計算界限水深ht4、ht5”。

ht4=[a2+2(a+h1/2)hokp+A]1/2………………………….(3)

ht4—第四臨界流態(tài)（產(chǎn)生淹沒面流）時界限水深值

ht5”=a+ht4………………………………….…………………………………..(4)

ht4—第五臨界流態(tài)（產(chǎn)生回復底流）時界限水深值

按淹沒面流區(qū)間設計時，各級流量對應的下游水深ht

應滿足1.05ht4≤ht≤ht5”。ht4、ht5”計算結果見表6。

表5各級流量的ht4、ht5”值計算成果表

組號

流量q

（m3/s.m）

a

（m）

S

（m）

h1

（m）

Fr12

hokp

（m）

Ht

（m）

A

（m2）

1.54ht4

（m）

ht5”

（m）

1

10.40

3

9.5

1.03

10.62

3.10

9.39

18.71

7.39

10.0

2

17.73

3

11

1.68

7.11

4.26

10.8

30.8

8.94

11.5

3

26.25

3

12.5

2.38

5.49

5.41

12.3

44.5

10.4

12.9

4

32.47

3

13.5

2.88

4.75

6.16

13.3

53.9

11.4

13.9

5

42.4

3

15

3.75

3.64

7.23

14.8

65.0

12.6

15.0

6

48.94

3

16

4.13

3.64

7.96

15.8

77.4

13.6

15.9

由表6中可知，各級流量下的下游水深ht均滿足1.05ht4≤ht≤ht5”的條件。

2.3計算結論：

由上述計算可知，在坎高a=3.0m時，挑角θ=00時，能滿足面流消能的條件，面流消能設計區(qū)間為淹沒面流區(qū)間。

3．結語

上述面流消能計算是基于水流為平面問題的假定，設計時還應注意閘門運用方面對水流流態(tài)的改變，由于面流流態(tài)變化復雜且不穩(wěn)定，所以本工程還應通過模型試驗給予驗證。

參考文獻：

[1]武漢水利電力學院水力學教研室.水力學計算手冊.北京：水利出版社.1980.12.