剑科水电站说明书 - 图文

四川大学本科毕业设计 毛尔盖河剑科水电站枢纽设计及右岸条形山脊稳定性分析

v?Q216.81??3.29m/s bh7?9.41为了使上平无压隧洞保持无压状态，将隧洞进口处的断面尺寸拟定为7m×9m（宽×高）。为了利于进气，保证竖井中的气腔的形成，防止产生负压，将上平段无压隧洞的顶部高程都定为3199m。

为了使水流平顺进入涡室，在变坡处设置射流抛物线来连接两段不同的底坡。根据《水工设计手册－泄水和过坝建筑物》，射流抛物线为：

x2 y?xtan??K[4(h?hv)cos2?]x，y－以上级陡槽衔接点O为原点的坐标，y值以向下为正；

?－上级陡槽与水平向的夹角；

h和hv－断面0处的水深（m）和流速水头（m）；

K－系数，对于重要工程且落差大者，可取K=1.5；落差小者，可取K

=1.1～1.3。

以变坡点处为原点进行计算。原点处的高程是3190-45×0.05=3187.75，原点之前的跃后断面的高程是3190-222.18×0.05=3188.891m。由于不计跃后段的水头损失，则变坡点处底板上的水头和跃后断面处的水头相等，即

h?hv?9.947m。K取1.2。又tan??0.05，整理射流抛物线的方程如下：

x2y?0.05x?

47.7下级陡槽相对于原点的方程是y?0.15x。联立两个方程解出交点的坐标是 （4.77，0.72）。从起点到交点取出几个点绘制射流抛物线：（0，0），（0.5，0.03），（1，0.07），（1.5，0.12），（2，0.18），（2.5，0.26），（3，0.34），（3.5，0.43），（4，0.54），（4.5，0.65），（4.77，0.72）。

图8－1 射流抛物线

32

四川大学本科毕业设计 毛尔盖河剑科水电站枢纽设计及右岸条形山脊稳定性分析

下游压坡段末端的底板高程是3134m，跃后断面处的总水头是

E1?3198.838m，两点的水头差是64.838m。根据已建工程的经验，设置了水垫

加以充分消能后，总消能率可达到85%～90%。本设计由于缺少试验数据，就采用类比的方法进行确定。冶勒水电站在设计洪水时，下泄流量为206.51m3/s，相应的消能率是89.05%；在校核洪水时，下泄流量是213.52m3/s，相应的消能率是88.75%。在本设计中按88%的消能率进行计算是偏于安全的。压坡段出口处的断面比能是E2?(1?88%)?64.838?7.78m。初拟的下平段无压洞段的宽度是6m。列伯努力方程反解出压坡段出口的水深h=5.8m，v=6.23m/s。对压坡段出口和和隧洞出口运用伯努力方程。在结合点处有一个转弯段，但转角不太大，故只计沿程水头损失，不计局部水头损失。沿程水头损失通过联立达西公式、谢齐公式、曼宁公式来求解。由插值法解得，隧洞出口处的水深是h?7.68m，流速v?4.705m/s，沿程水头损失hf?0.47m。根据以往工程的经验，净空面积不小于洞身断面积的15%，其高度不小于40cm。为了防止下平段出现明满流交替的现象，并考虑掺气和冲击波的影响，确定出下平段无压隧洞的断面尺寸为6m×8.5m（宽×高）。隧洞采用城门洞型，直墙高6.768m，顶拱内半径为3.464m。

为了使水流平顺跌入消力池，在隧洞出口处设置了扩散段。扩散段长10m，渠道底宽由6m扩展到10m。在水平段之后，设置了消力池消除余能。坝址下游原河道的高程是3130.5m。为了使水流平顺泄入原河道，将消力池后的海漫与原河道齐平。校核洪水时的最大下泄流量是216.81m/s。查坝址下游原河道水位流量关系曲线，此时的河道水位是3133.5m。下泄洪水在跌水入口处相对于河道水面的总能量是：P?9.81QH?17507.84kW。

由于余能不大，相对于下游河道的高差也比较小，故将采用跌水式的底流消能的方式。底流消能工就是通过一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动来消除余能，保护水跃范围内的河床免受冲刷。为了使水流较平顺地泄入原河道，将海漫和原河道齐平布置。在海漫和渐变段之间通过降低护坦高程的方式形成消力池。

消力池宽10m，其深度和长度通过计算来确定。其计算方法是，先假定一个底板高程，再计算得出的跌水入口处相对于消力池底板的水头和临界水深。根据两者的比值，利用水力学的图表查出临界水深与收缩水深hc1和共轭水深

hc1??的比值，据此计算出收缩水深hc1和共轭水深h??c1。

3

q2再根据共轭水深hc1??和海漫顶部的水头H1，由公式H01?H1?2g(1.05?hc??)计算出消力池末端出口之前相对于底板的水头H01。将消力池末端视为有坎宽

33

四川大学本科毕业设计 毛尔盖河剑科水电站枢纽设计及右岸条形山脊稳定性分析

顶堰进行计算，H01又可以表示为H01?(q2/3)，这样就可以反算出海漫的m2g3?P1/H，由

0.46?0.75P1/H流量系数m。根据宽顶堰的流量系数公式，m?0.32?0.01此反算出坎高P1。

根据坎高，确定出消力池底板高程。如果此高程与假定的底板高程相同，就认为该高程就是消力池底板的实际高程，若高两者不相等，就重新估计消力池底板高程，进行类似的计算，直到两者相等为止。在计算消力池底板高程时，初估的底板高程3125m不满足要求。当底板高程是3126m时，就符合得比较好。

消力池的长度L由两部分构成，包括水流的射程L0和水跃长度Lj。水流的射程按L0?4m(P?0.25H0)H0来计算。m是跌水入口处的流量系数，取为0.365；P是消力池的落差，其值为3132.5-3126=6.5m；H0是消力池入口处的水头，其值为8.42m。计算得出的射程L0=12.43m。水跃长度按

Lj?10.h8cF(1r?0.93hc是跃前水深，其值为1.326m，Fr1是跃前断面的1来计算，)弗劳德数，其值为4.357。计算得到的水跃长度是45.37m。则消力池的总长L0是57.8m，在工程中取为58m。

34

四川大学本科毕业设计 毛尔盖河剑科水电站枢纽设计及右岸条形山脊稳定性分析

9 导流（放空）洞的设计

为了充分利用临时建筑物，节省投资，也方便布置，本工程采用导流洞和放空洞完全结合的布置方式。为了便于引流和施工，将导流（放空）洞的进口底板高程拟定为3135m，隧洞出口底板高程是3132.5m，隧洞进口位于坝轴线以前284.11m。导流（放空）洞分两段布置，以工作闸门井为界，分为有压隧洞和无压洞段。为便于集中管理，将工作闸门井设置在左岸坝肩。有压隧洞底坡i=0.003，无压洞段底坡i=0.005。在工作闸门井之前是328.57m长的有压隧洞，洞径为3.8m，有压洞段出口处的高程是3134.06m。包括两个平段和一个转弯段，两个平段的长度分别是158.92m和108.91m。两个平段之间设置有一个转弯段，初拟转弯半径为60m，转角为58°。符合《水工隧洞设计规范》要求的“转弯半径不应小于3.0倍洞径（或洞宽），转角不宜大于60°”的规定。为了保证有压段的有压流状态，在有压隧洞末端设置了压坡段，出口处尺寸为3m×3m(宽×高)。工作闸门井后的无压洞段长312.97m，在结合点之前有208.34m,结合点之后有104.63m，结合点处的底板高程是3133.02m。无压洞段的洞宽为5m。结合点之前的无压洞段按导流（放空）洞的最大下泄流量计算，结合点之后的无压洞段按校核洪水时泄洪洞的最大下泄流量来设计。在导流（放空）洞进洞点以后120m处，设置有检修闸门井，检修闸门井的尺寸是6m×7m。工作闸门井的尺寸是12m×9m。

由于导流（放空）洞完全结合，导流洪水经过调蓄后最高水位是3156.46m。水库的死水位是3160m,故导流（放空洞）的水力计算应该按死水位放空的情况来进行。为简化计算，按管道自由出流进行。根据计算结果，压坡段出口处的水深是6.45m，流速是5.02m/s。可以保证有压隧洞的有压流状态。在导流（放空洞）和泄洪洞下平段的结合点处，水深是7.7m，流速是4.2m/s。为了保证为稳定的明流状态，水面以上应有一定的净空。根据以往工程的经验，净空面积不小于洞身断面积的15%，其高度不小于40cm。考虑到掺气和冲击波的影响，将下平段无压隧洞的断面尺寸确定为5m×8.5m（宽×高）。隧洞采用城门洞型，直墙高7.06m，顶拱内半径为2.887m。

为了使水流较平顺地进入有压洞段，在洞口设置了椭圆弧来连接洞脸的支

x2y2护和隧洞。椭圆方程是2?2?1。

5.71.935