ＤＯＩ:１０ １６６１７/ｊ ｃｎｋｉ １１￣５５４３/ＴＫ ２０１９ １２ １１经验交流
碾盘山水利枢纽工程一期截流水文勘测
技术创新
发财赚钱
马辉文㊀郑㊀伟㊀李㊀钊
(中国水电基础局有限公司ꎬ天津㊀３０１７００)
ʌ摘㊀要ɔ截流工程是水电站工程建设施工的关键工程ꎬ截流时水力条件及边界条件复杂ꎬ各项条件指标变化较大ꎬ在施工中根据工程截流模型试验水位㊁流速测点布置ꎬ对截流期间进行原型观测ꎬ测定的水文信息对截流施工与指挥调度有着重要的指导意义ꎮ文章简述了湖北省碾盘山水利水电枢纽工程截流水文勘测内容和手段ꎬ对勘测成果进行了分析ꎬ截流水文要素监测成果基本反映了截流期各水力要素的变化特征和规律ꎬ为汉江流域的其他工程的截流积累了宝贵的经验和理论参考依据ꎮ
ʌ关键词ɔ碾盘山工程ꎻ截流ꎻ水文勘测
如何清理c盘垃圾
中图分类号:ＴＶ６１㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ｂ㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７３￣８２４１(２０１９)１２￣０５１￣０７
ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙＳｕｒｖｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＣｌｏｓｕｒｅｏｆｔｈｅ
ＦｉｒｓｔＳｔａｇｅｏｆＮｉａｎｐａｎｓｈａｎＷａｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｊｅｃｔ
ＭＡＨｕｉｗｅｎꎬＺＨＥＮＧＷｅｉꎬＬＩＺｈａｏ
(ＳｉｎｏｈｙｄｒｏＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ ꎬＬｔｄ ꎬＴｉａｎｊｉｎ３０１７００ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｒｉｖｅｒｃｌｏｓｕｒｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｔｈｅｋｅｙｔｏｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ.Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｒｉｖｅｒｃｌｏｓｕｒｅ.Ｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｄｅｘｃｈａｎｇｅｉｓｂｉｇｇｅｒ.Ｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｄｕｒｉｎｇｃｌｏｓｕｒｅｄｕｒｉｎｇｃｏｎ
ｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｅｓｔｗａｔｅｒｌｅｖｅｌａｎｄｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｌｏｓｕｒｅｍｏｄｅｌ.Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｇｕｉｄａｎｃｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｒｉｖｅｒｃｌｏｓｕｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ.ＴｈｅｃｌｏｓｕｒｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｓｕｒｖｅｙｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆＨｕｂｅｉＮｉａｎｐａｎｓｈａｎＷａｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｊｅｃｔａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ.Ｔｈｅｓｕｒｖｅｙｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.ＴｈｅｃｌｏｓｕｒｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｒｅｆｌｅｃｔｃｈａｎｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｌｅｍｅｎｔｓｄｕｒｉｎｇｒｉｖｅｒｃｌｏｓｕｒｅｍａｉｎｌｙꎬｔｈｅｒｅｂｙａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇｖａｌｕａｂｌｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｂａｓｉｓｆｏｒｏｔｈｅｒｐｒｏｊｅｃｔｓｏｆＨａｎｊｉａｎｇＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＮｉａｎｐａｎｓｈａｎＰｒｏｊｅｃｔꎻｒｉｖｅｒｃｌｏｓｕｒｅꎻｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｓｕｒｖｅｙ
宠物鸟１５
１㊀工程概况
１ １㊀概述
湖北省碾盘山水利水电枢纽工程是国务院批复的«长江流域综合规划»推荐的汉江梯级开发方案中的重要组成部分ꎬ是１７２项节水供水重大水利工程之一ꎮ工程位于湖北省荆门市的钟祥市境内ꎬ地处汉江中下游干流ꎬ上距规划中的雅口航运枢纽５８ｋｍ㊁丹江口水利枢纽坝址２６１ｋｍꎬ下距兴隆水利枢纽１１７ｋｍꎬ是汉江中下游梯级规划中的第５级ꎮ碾盘山水利水电枢纽工程为Ⅱ等工程ꎬ规模为大(２)型ꎬ
主要永久性水工建筑物为２级建筑物ꎬ导流明渠㊁一二期围堰为枢纽工程的临时建筑物ꎬ级别为４级ꎮ水库总库容９ ０２亿ｍ３
ꎬ调节库容０ ８３亿ｍ３
ꎮ电站装
机１８万ｋＷꎮ通航建筑物级别为Ⅲ级ꎮ工程属于平原河槽型水库ꎬ库区两岸以堤防为主ꎬ局部为岗地ꎮ
枢纽为河床式电站ꎬ采用围堰一次性拦断河床㊁左岸河滩地开挖明渠导流方式分期施工ꎮ工程分两期施工ꎮ一期开挖左岸导流明渠导流ꎬ厂房㊁泄水闸㊁船闸等建筑物在一期围堰的保护下进行施工ꎮ二期进行左岸土石坝施工ꎬ封堵导流明渠ꎬ由右岸已建泄水闸导流ꎮ
一期截流采用上游左右岸双向进占单戗立堵的截流方式ꎬ戗堤预进占阶段主要从左岸进占㊁右岸辅助ꎬ合龙阶段以右岸为主㊁左岸辅助ꎬ分流建筑物为导流明渠ꎮ截流设计流量采用３月份Ｐ＝２０％的月平均流量Ｑ２０％＝１１１０ｍ３
/ｓꎬ预留龙口宽度为２６０ｍꎮ
１ ２㊀截流模型水力学指标
碾盘山水利水电枢纽工程一期河床截流为淤积型
覆盖层河床截流ꎬ不仅存在覆盖层冲刷带来的截流风险ꎬ且存在施工期通航问题ꎮ为确保安全经济截流ꎬ有效解决相关关键技术问题ꎬ采用１ʒ９０截流整体模型进行了试验研究ꎮ
考虑到上游丹江口水库的调蓄作用ꎬ截流时流量不一定达到１１００ｍ３/ｓꎮ为实现安全㊁经济的截流目标ꎬ试验紧密结合现场实际ꎬ在原地形㊁实测地形两种地形边界以及设计及实测两种水位流量关系边界条件下ꎬ对截流设计流量Ｑ＝１１１０ｍ３/ｓ㊁Ｑ＝６５０ｍ３/ｓ㊁Ｑ＝８４５ｍ３/ｓ㊁Ｑ＝１
３１０ｍ３/ｓ四级流量下截流进占过程水力特性进行了测试及分析[１￣２]ꎮ截流设计流量对应
龙口水力指标见表１ꎬ各工况戗堤龙口段特征水力参数对比见表２ꎮ
我读书我快乐征文
表１㊀龙口段进占截流水力特性汇总(Ｑ＝１１１０ｍ３
表２㊀
各工况戗堤龙口特征水力参数对比
２
５经验交流
桑迪亚哥
ＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅＥｘｃｈａｎｇｅ
㊀㊀在实测地形及实测水位流量关系边界条件下ꎬ在截流设计流量Ｑ＝１１１０ｍ３/ｓ时ꎬ戗堤合龙后截流总落差为１ ５９ｍꎬ戗堤落差为１ ２３ｍꎬ戗堤上游平均水位为４１ ０７ｍꎻ堤头及龙中线最大流速发生在龙口宽３０~１５ｍ阶段ꎬ堤头最大流速为３ ９２ｍ/ｓꎬ龙中最大流速为４ ００ｍ/ｓꎻ整个截流进占可用中石完成截流ꎬ无流失ꎮ
在实测地形条件下ꎬ各级流量下的截流总落差及戗堤落差规律不明显ꎮ主要因为明渠底板高程为３９ ００ｍꎬ介于几级流量的下游控制水位之间ꎬ为敏感水位段ꎬ下游水位变化对明渠的分流能力影响较
大ꎮ在实测地形条件下ꎬ各级流量下的左右堤头及龙口流速ꎬ有随流量增大而增大的趋势ꎮ在Ｑ＝８４５~１３１０ｍ３/ｓ时ꎬ左右堤头最大流速在３ ４５~４ ０８ｍ/ｓ间ꎬ龙口最大流速在３ ２８~４ ００ｍ/ｓ间ꎮ
２㊀水文勘测技术突破与创新
通过对截流进占过程分流建筑物分流能力㊁截流龙口附近水文特性指标等进行水文勘测ꎬ进一步验证截流模型试验研究报告的可行性和合理性ꎬ指导截流施工进度ꎬ为截流施工起到参谋作用ꎬ保障截流工程顺利完成[３]ꎮ水文监测站点分布见图插入键
１ꎮ
图１㊀水文监测站点分布
２ １㊀水位
在已建３个水位站(坝上㊁坝下㊁取水口)基础上ꎬ新设４个比降观测水尺断面ꎮ龙口左右岸戗堤堤头上㊁中㊁下各布设一个水位观测点ꎮ选择岸坡较为稳定的地段安设水位自动记录仪器ꎬ每５ｍｉｎ采集一个数据ꎬ设立搪瓷直立式水尺ꎬ便于随时校测ꎮ在龙口附近随着龙口宽度的缩窄ꎬ采用全站仪无棱镜直接观测法ꎬ全站仪接测时用正倒镜观测ꎬ距离不宜超过６００ｍꎮ水尺读数读记至１ｃｍꎬ人工水位观测频次一般为３０ｍｉｎꎬ并根据截流施工进度随时调整ꎬ各水位观
测同步ꎮ共布设１３个水位监测站点ꎬ设立搪瓷直立式水尺１０组ꎬ安装水位自动记录设备５套ꎬ全站仪水位观测点３个ꎮ
２ ２㊀流速
龙口流速是进占过程选择抛投料㊁抛投方式㊁戗堤防冲的重要水力学依据ꎬ也是判断护底是否被冲的重要途径[４]ꎮ共布设１３条测速垂线ꎬ每条垂线应提取０㊁０ ６㊁０ ８倍水深测点的流速㊁流向ꎮ
测点流速测验采用船载ＡＤＣＰ㊁三体船搭载ＡＤＣＰ定点测量ꎬ电波流速仪测量等方法ꎮ龙口段进
３
５经验交流
ＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅＥｘｃｈａｎｇｅ
占初期采用船载ＡＤＣＰ定点㊁走航施测ꎬ当龙口流速较大㊁落差较大时ꎬ采用牵引三体船㊁航标船的方式ꎬ从上游逐步向下游施测ꎮ
走航式ＡＤＣＰ定点施测垂线流速时ꎬ经过测试测区内基本无走沙ꎬ均采用橡皮艇㊁玻璃钢快艇施测ꎬ因测区内走沙较为严重外接ＧＰＳＲＴＫ定位ꎬ采用铁船时外接ＧＰＳ罗经ꎮ垂线流速测验历时一般不少于２ｍｉｎꎬ流速较大测船无法稳定时可采用走航法ꎬ根据坐标进行数据提取ꎮ电波流速仪法主要施测龙口附近各垂线水面流速ꎬ每个测点施测１００ｓꎬ仪器架设位置为龙口上游洲滩㊁水文测船及左岸戗堤堤头ꎮ
２ ３㊀流量
在分流明渠分流情况下ꎬ在明渠与河道的上游分流点以上合适河段布设一个流量测验断面ꎬ根据现场水流特性在分流明渠或者龙口附近布设一个流量测验断面ꎬ以分析计算分流比情况ꎮ龙口流量测验断面布设位置根据现场水流情况调整ꎬ宜布设在龙口㊁龙口上㊁下围堰位置ꎮ
截流开始阶段ꎬ在分流明渠未分流情况下ꎬ应在龙口附近布设一个流量测验断面施测整体过水流量ꎬ断面布设情况见图
２ꎮ
图２㊀流量测验断面布设
流量测验采用橡皮快艇搭载走航式ＡＤＣＰ施测ꎬ测前对声学多普勒流速仪进行自检ꎬ并记录自检结果ꎮ
ＡＤＣＰ外接ＧＰＳ设备ꎬ外部ＧＰＳ罗经可根据实际情况选择ꎮ施测时测船宜匀速在断面上航行ꎬ船速尽量小于断面平均流速ꎮ水文测验应在水位较为平稳时进行ꎮ五险一金是啥
２ ４㊀分流比
分流比是判断戗堤进占效果的最主要指标ꎮ本次分别在汉江干流㊁龙口和明渠用ＡＤＣＰ配合ＧＰＳ进行测流ꎮ导流明渠分流之前戗堤轴线过流流量主要由龙口过流量㊁戗堤渗流组成ꎻ开始分流后由导流明渠流量㊁龙口过流量㊁戗堤渗流组成ꎻ龙口合拢后由导流明渠流量㊁戗堤渗流组成ꎮ主要监测断面为导流明渠分流点上游汉江干流断面㊁导流明渠断面ꎬ根据测验成果计算分流比ꎮ
２ ５㊀龙口宽度确定
根据龙口施工进占进度ꎬ在水文测验时ꎬ同时用全站仪观测龙口宽度ꎬ用手机或对讲机发送数据ꎮ
３㊀截流水文要素监测成果分析
３ １㊀水文要素监测特点及实测特征值
由于碾盘山水利水电工程区域内洲滩较多ꎬ水流特征复杂ꎬ龙口上游１００ｍ处有一较大沙洲ꎬ把汉江干流来水一分为二ꎬ水流方向与戗堤轴线夹角加大ꎬ在龙口上下游附近形成漩涡ꎬ对开展水文测验带来较大困难ꎮ截流进占至龙口阶段后水流湍急ꎬ水流落差大㊁流速大ꎮ
在２０１９年３月１０日截流水文勘测开始至１９日龙口合拢期间ꎬ汉江干流来水量最大达到７３０ｍ３/ｓꎬ导流明渠１９日前最大分流量占汉江总来水量不到２０％ꎬ１９日１４时剧增至４３％ꎬ合拢后随着围堰的进一步加固㊁防渗处理ꎬ导流明渠分流量逐渐加大ꎮ根据实测资料显示龙口最大流速４ ２０ｍ/ｓꎬ最大截流落差为１ ２４ｍꎬ截流落差较大㊁流速较高ꎮ
３ ２㊀水位㊁落差变化分析
龙口进占阶段汉江来水总体较为平稳ꎬ各水位监测站点收集了比较齐全的水文测验成果ꎬ１８日１２时
４
５经验交流
ＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅＥｘｃｈａｎｇｅ
(龙口水面宽度７０ｍ)前上下游落差无明显变化ꎬ随着龙口宽度的缩窄ꎬ上下游落差逐渐加大ꎮ
３ ２ １㊀截流总落差分析
３月１８日１２时(龙口水面宽度７０ｍ)前总落差
较为稳定ꎬ落差为０ ３５ｍꎻ１９日１７时龙口完成合拢
后ꎬ导流明渠分水量为５０％ꎬ其余５０％为渗漏水量和围堰上游河段槽蓄量ꎮ围堰上游河段槽蓄量逐渐加大ꎬ水位逐步抬高ꎬ１９日１９时落差达到峰值１ ６６ｍꎮ２０日１１时导流明渠分流流量达到３９３ｍ３/ｓꎬ２１日１４时上下游落差逐渐减小至１ ３３ｍ(见图
３)ꎮ
瓦切塔林图３㊀上下游１ ５ｋｍ水位过程线及落差分析
３ ２ ２㊀龙口水位落差分析
龙口水面宽度大于９０ｍ时左右岸戗堤上下游水
位基本无落差ꎮ１７日２２时开始戗堤上游水位逐步抬高ꎬ下游水位逐渐降低ꎬ落差持续增加ꎬ龙口水面宽度１４ｍ时增大至１ ２５ｍꎮ戗堤堤头中线水位与戗堤堤下水位过程较为一致ꎬ堤头中线附近形成漩涡ꎮ龙口上游有一沙洲ꎬ汉江主泓靠左ꎬ主泓水流方向为右岸
戗堤４５ʎꎬ对右岸戗堤冲刷较大ꎮ龙口水面宽度大于１２０ｍ时ꎬ龙口附近无横比降ꎻ龙口水面宽度在１２０~４０ｍ时ꎬ右岸水位略高ꎬ横比降在０ １０ｍ以内ꎮ龙口水面宽度在４０ｍ以内时ꎬ横比降消失ꎮ左右岸戗堤上下落差比较一致ꎬ均在０ ０５ｍ以内ꎮ右戗堤水位过程线及落差见图
４ꎮ
图４㊀右戗堤水位过程线及落差分析
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５经验交流
ＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅＥｘｃｈａｎｇｅ
