安谷水电站消能防冲布置方案优化

2024年3月25日发(作者：和水有关的成语)

第３７卷第４期　

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文章编号：１ｏ０３・２８４３（２０１Ｉ）Ｏ４．０６６６－０６　

安谷水电站消能防冲布置方案优化　

覃文文，刘华，胡岚平，李连侠，沈焕荣，易文敏　

（四川大学水电学院，四川成都６１００６５）　

摘要：安谷水电站布置在山区转平原入口的冲积扇上，枢纽消能防冲的方案设计关系到建筑物的安全和下游河床河　

岸的稳定．本文通过整体水工模型实验，在原设计方案的基础上，对枢组的消能防冲方案进行优化，对比分析了闸下消　

力池池内及出口处的水流流态、流速分布及闸下消能率．提出的优化方案简化了消能工的结构，节省了工程量，较好地　

解决了消能防冲问题．　

关键词：泄洪冲砂闸；消力池；两级消能；消能防冲；方案优化　

中图分类号：ＴＶ２２２　文献标志码：Ａ　

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

１　引言　

闸坝型水利枢纽作为水工建筑物的主要类型，在国内分布广泛，数量众多，其基本特点是上下游水位差相　

对较小，但闸坝建筑普遍存在河床抗冲刷能力差，不同闸门开启方式会导致不对称的集中水流等问题，危及建　

筑物本身及下游地区的安全．因此需要设置合理的消能防冲工程　Ｊ．国内外有许多因消能防冲工程设置不当而　

造成的闸坝失事．如印度的Ｋｈａｎｋｉ堰１８９５年失事，Ｎａｒｏｒａ堰１９８５年失事，Ｉｓｌａｍ堰和Ｄｅｏｈａ闸ｌ９２９年失事等　ｊ．　

我国也有诸如此类事件，如古恰泄洪闸，消力池未能有效消除余能，在海漫段产生水跃，造成冲刷破坏【４Ｊ．南盛　

拦河枢纽，因现有消能工不能满足单孔泄洪的消能要求，导致海漫破坏，形成较大冲坑ｐ　Ｊ．新疆蘑菇湖水库因消　

能工设计不当，导致消力池失事【ｏＪ．因此，闸坝下游的消能防冲问题，是水力学研究的重要内容，由于影响消能　

防冲问题的因素较多，针对具体工程，需要通过模型试验，来确定出经济合理的消能防冲措施，解决闸坝下游的　

消能防冲问题【７＿８】．　

安谷水电站挡水建筑物为闸坝，水库调蓄能力差，遇洪水时大排大泄，绝大部分悬移质细颗粒泥沙将通过　

闸坝排往下游．需要设置合理的消能措施，才能安全高效地消除下泄余能，有效地保护下游建筑物，同时保证河　

道行洪能力和河岸安全．针对本工程，进行了水工模型试验，来确定出经济合理消能防冲措施，解决闸坝下游的　

消能防冲问题．　

２原方案实验结果　

２．１工程概述　

安谷水电站位于四川省乐山市沙湾区安谷镇境内，其枢纽的挡水建筑物包括非溢流面板坝、泄洪（冲砂）闸　

坝、电站厂房、右岸接头坝等．泄洪（冲砂）闸段布置于河床中部，全长１８６．０ｍ，共设１３孔宽１２．０ｍ闸孔，采用开　

敞式平底堰，闸室净高２１．７ｍ，闸室顺水流方向长４８．０ｍ，中墩厚４ｍ，缝墩厚５ｍ，采用弧形工作门，工作门后底　

收稿日期：２０１１．０３。２９　

作者简介：覃文文（１９８７－），女，硕士研究生，主要从事水力学方面研究；刘华（１９６９．），女，副教授，主要研究水力学及河流动力学，　

电站水力学，水工建筑物．　

第４期　覃文文，等：安谷水电站消能防冲布置方案优化　６６７　

板以１：４的斜坡接反弧段（半径３Ｏｒｅ）与消力池相接．该工程挡水建筑物均按１　００年一遇洪水标准设计，相应流量　

Ｑ＝１０８００ｍ３／ｓ，校核洪水按２０００年一遇标准设计，相应流量Ｑ＝１４ＯＯＯｍ３／ｓ．泄洪（冲沙）闸下游消能防冲设计的　

洪水标准采用５０年一遇洪水，相应流量Ｑ＝Ｉ　ｏ０００ｍ３／ｓ．　

本工程根据重力相似准则，采用几何比尺为１：７０的正态模型进行试验，流速比尺为１：８．３７，流量比尺　

１：４０９９６，糙率比尺１：２．０３，时间比尺１：８．３７．针对消能防冲问题，对Ｑ＝４５００ｍ３／ｓ、Ｑ＝８０９０ｍ３／ｓ、Ｑ＝ｌＯＯＯＯｍ３／ｓ　

等工况进行了实验，以下游消能防冲设计洪水标准（Ｑ＝１　Ｏ０００ｍ３／ｓ）Ｉ况为例进行分析说明．　

２．２消能工布置　

安谷水电站采用两级消力池消能，消能工的布置如图１、２所示：工作闸门后闸室底板以１：４的斜坡与消力　

池相接，两者以半径３０ｍ的反弧段过渡．第一级消力池底板顶高程３６９．ＯＯｍ，池长６５．３１ｍ，消力池末端桩号　

０＋１４８ｍ，池内布置两排消力墩及一排差动式消力坎，消力墩顶高程均为３７４．Ｏｍ，墩高５ｍ，差动坎高３．７５－５．Ｏｍ，　

坎后以１：２的斜坡与第二级消力池相接；第二级消力池底板高程３６９．５．ＯＯｍ，池长４１．ＯＯｍ，消力池末端桩号　

０＋１８９ｍ，池未端设差动式消力坎，坎高２．７５￣４．５ｍ，坎后以ｌ：２的斜坡与长度为１６４ｍ的海漫连接，至桩号　

０＋２３９ｍ处，再以１：４反坡连接至桩号０＋２５１ｍ处，高程为３７４．５ｍ，后接水平海漫，长为１０２ｍ，海漫总长度１６４ｍ．　

闸室出口下游消力池内顺水流方向布置有两道导流墙．　

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第一级消力池　第二级消力池。　海漫段　

图１　原方案消能工纵剖图　

图２原方案平面布置图　

２．３试验结果及分析　

图３、图４为原方案不同闸门开启方式下的流态图，由图３、４可见水流进入闸室内成降水曲线，下泄顺畅，水　

流出闸后向两侧扩散，在闸墩尾部形成明显高于主流的纵向水翅，直至被下游水跃淹没；第一级消力池内水跃明　

第４期　覃文文，等：安谷水电站消能防冲布置方案优化　６６９　

３优化方案试验结果　

３．１方案布置　

根据原方案实验得出的结论，对消能工形体进行了优化如图７、８所示，在原方案基础下作了如下修改：（１）　

取消了两排消力墩；（２）取消了闸室出口下游消力池内的两个纵向导流墙；（３）原推荐方案第四排差动坎消能率　

很少，取消第四排差动坎；（４）取消了原有的闸室底板与消力池底板的反弧段连接，直接改用跌坎连接，跌坎位置　

在０＋６７ｍ处（高程３７２．Ｏｍ），跌至消力池底板（高程３６９．Ｏｍ）；（５）在桩号０＋１０５．Ｏｍ处，即原推荐方案中第二排消力　

墩的位置，设置一道连续消力坎（顶高程３７６．Ｏｍ，顶宽１．５ｍ），迎水面坡度１：０．５，背水面坡度１：２；（６）第二级　

消力池差动尾坎位置在桩号０＋１４８．Ｏｍ处，其型式仍采用差动式消力坎；（７）消力池尾坎末端与海漫以１：１２的逆　

坡连接，逆坡段起点位置在０＋１５８．Ｏｍ（底板高程３６９．５ｍ），末端至桩号０＋２１２．Ｏｍ，其后接５７ｍ长的平台段（高程　

３７４．Ｏｍ，末端桩号０＋２６９．Ｏｍ）；（８）海漫与河床之间以２８ｍ长的防冲槽连接，槽底面高程３７１．５ｍ，顶面高程从　

３７４．Ｏｍ过度到河床高程３７４．５ｍ，槽内用大石回填，上下游坡度分别是１：３．６和１：３　

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图７优化方案消能布置平面图　

消力池护垣段　海漫段　大石回埴段　

图８优化方案消能工纵剖图　

３．２试验结果　

优化方案流态如图９、图１０所示：在连续的消力坎前后形成两级稳定的水跃，两级水跃明显，消力池内水　

第４期　覃文文，等：安谷水电站消能防冲布置方案优化　６７ｌ　

４结论　

（１）优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对消力墩的直接碰撞和强烈冲击，使得　

消力池内水流平顺，波动较小，有利于软基上的建筑物安全．　

（２）优化方案将原方案第二排消力墩改为连续坎，使两个消力池能均形成了稳定的水跃，充分发挥了二级　

消能的作用，在各级流量工况下，消能效果均良好．　

（３）优化方案取消了消力池内的两个纵向导流墙，消力池内的流速横向分布较为均匀；闸室底板与消力池　

底板改用跌坎连接，增大了消能水体，消力池内流速及出池流速较原方案均明显减小．　

（４）优化方案中海漫前段采用反坡设计，后段采用防冲槽回填大石，海漫上水面跌落较小，有效减小了海　

漫及河床的冲刷深度，对海漫起到有效保护作用．　

优化方案闸坝下游采用连续坎与差动坎结合的两级消力池，在各级流量工况下，消能效果良好，尤其适用　

于安谷水电站床质较细、下游水垫较浅的条件，同时减小了施工难度，节约了工程投资．　

参考文献：　

【１】武汉水利电力学院，水利水电科学研究院．中国水利史稿（上册）［Ｍ】．北京：水利电力出版社，１９７９．　

【２】毛昶熙．水闸运行管理中的水力学问题【Ｊ】＿北京：江苏水利科技，１９９０．　

【３】毛昶熙，周名德，柴恭纯．闸坝工程水力学与设计管理［Ｍ】．北京：水利电力出版社，１９９５．　

【４】　陈万波，王立志．古恰闸下游海漫破坏原因及处理办法［Ｊ］．黑龙江水利科技，２００４（０３）：８１—８４．　

【５】何哲，黄家宝．南盛拦河坝消能工破坏原因分析［Ｊ］．广东水利水电，２００２（０５）：７９—８４．　

【６　吴宇峰．蘑菇湖水库消力池的失事原因分析［６】Ｊ］Ｉ排灌机械，２００３，２ｌ（６）：２７－２９．　

［７】文恒，智泓，牟献友．水闸消能防冲设计条件的确定［Ｊ】．水利水电科技进展，２００５，２５（０６）：ｌ７－２０．　

【８】左光栋，杨雪峰，张绪进．钻根水利枢纽工程消能防冲实验研究［Ｊ】．重庆交通大学学报，２００５（２）：１４４－１４８　

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎｔｉｓｅｏｕｒ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ａｎｇｕ　

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

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