明渠截流折线形戗堤轴线的选择与研究

第２７卷第２期２ＯＯ９年４月

文章编号：ｌＯＯＯ一７７０９（２００９）０２一００９０—０４

水电能源科学ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒ

Ｖ０１．２７Ｎｏ．２Ａｐｒ．２

Ｏ

０

９

明渠截流折线形戗堤轴线的选择与研究

马旭东

戴光清杨庆许杰

（四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都６１００６５）

摘要：为减小截流难度，通过模型试验对西藏藏木水电工程导流明渠截流戗堤轴线进行了研究和优化。摒弃传统的戗堤轴线垂直或近似垂直于明渠主流的设计理念，采用折线形戗堤轴线，将原主流向截流变为侧向截流，并充分利用残留的二期上游围堰和明渠进口右边墙，将截流戗堤龙口设置于导流明渠进口右边墙内侧河道内。优化戗堤轴线达到了降低龙口各项水力学指标、明显减轻明渠截流难度的目的。关键词：截流；戗堤轴线；导流明渠

中图分类号：ＴＶ５５１．１＋１

文献标志码：Ａ

工程实践中将截流戗堤作为上游围堰甚至永久建筑物的一部分，因此选择戗堤位置应与导流建筑物及整个枢纽的布置相联系。在考虑围堰地形、工程地质条件、施工道路和抛投料堆放等前提下，还需考虑合龙口位置、与围堰防渗体系的关系等。目前，大多将截流戗堤与围堰背水侧堆石排水棱体相结合，因而有利于围堰的渗透稳定。明渠截流中的戗堤轴线通常选择在明渠进口较窄部位或出口，当截流流量大时，还可在明渠范围内采用双戗、宽戗或多戗截流等方法。

对河床较宽的水利枢纽工程常采用明渠导流，当主河床坝段达到挡水高程后就需对明渠实施截流以修筑明渠坝段。与河道截流相比，明渠截流的主要特点为：①河床坝段已达到挡水高程，因而明渠导流段的导截流设计流量变大，相应截流龙口水力学指标较大；②为增加明渠流量系数，底板混凝土糙率小，不利于抛投料稳定；③明渠截流时，主河床上游围堰往往并未完全拆除，影响分流建筑物的分流能力等［１ｑ］。因此，明渠的截流难度大于主河道截流。采用传统的垂直或近似垂直于明渠主流的戗堤轴线方案会增加截流难度甚至不能实现安全截流：①分流建筑物至戗堤轴线河段的河床比降较大，戗堤预进占壅水效果不明显，导流建筑物分流状况不佳；②设计截流戗堤轴线龙口流态复杂，水力学指标高；③为前期截流顺

收稿日期：２００８一１２一０９，修回日期：２００９一０２—２５

利，适当降低明渠进口高程以增加导流明渠分流量，但在明渠截流时过大的单宽流量将增加明渠的截流难度“州］。鉴此，本文以西藏藏木水电站明渠截流设计为实例，根据实际地形，运用物理模型试验研究方法优化戗堤轴线，采用折线形戗堤轴线方案可达到降低龙口各项水力学指标并明显减轻明渠截流难度的目的。１

工程概况

藏木水电站位于西藏雅鲁藏布江中游段，控

制流域面积１５７

６６８

ｋｍ２，正常蓄水位３

３１０．００

ｍ，相应库容ｏ．８６６亿ｍ３。拟建该工程为二等大（２）型工程，大坝为混凝土重力坝，坝顶高程

３３１４．ｏｏ

ｍ，最大坝高１１０ｍ，坝长３７７．６０ｍ，装

机容量５１０ＭＷ，电站具有日调节能力。枢纽布

置为重力坝＋坝后式厂房，由左右岸挡水坝段、溢流坝段、厂房坝段、冲沙底孔坝段、坝后式地面厂房、消力池和海漫等组成。导流明渠位于河道左岸，长６２８ｍ，采用全断面混凝土结构，过水断面为矩形，底宽３５ｍ，进口高程３

３２４３

２４８

ｍ，出口高程

ｍ，沿程底坡８．０６％，明渠内侧河道边坡坡

度约５。～１５。，外侧边坡较陡，平均坡度３５。～４５。。

整个工程分三期施工（一期修建左岸导流明渠，二期修建大坝和厂房，三期明渠坝段完建）。

基金项目：国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合基金资助项目（５０５３９０６０）作者简介：马旭东（１９８４一），男，硕士研究生，研究方向为水工水力学和水电工程设计，Ｅ－ｍａｉｌ：２８３２９５９５５＠ｑｑ．ｃｏｍ

通讯作者：戴光清（１９５４一），男，教授、博导，研究方向为水工水力学，Ｂｍａｉｌ：ｄａｉｇｑ０１＠１２６．ｃｏｍ

万方数据　

第２７卷第２期

马旭东等：明渠截流折线形戗堤轴线的选择与研究

９１

三期明渠截流标准采用１０ａ一遇１１月旬平均流量，上旬、中旬、下旬流量分别为７９８、６８４、５９６ｍ３／ｓ。三期导流由设置在坝体内的２孔导流底孔和２孔永久冲砂底孔过流。

为研究明渠截流方案、截流水力学参数和截流难度，建立截流水力学物理模型并研究截流施工过程中可能出现的各种技术问题，以正确估计截流风险并提出可靠的截流措施。截流水力学模型采用正态、整体、局部动床模型，模型长度比尺选定为Ａ：一５０。模型模拟了坝轴线上、下游各

９００

ｍ的河床地形及二期上游围堰未拆除部分。

二期围堰拆除至３２６２

ｍ高程，中部开挖底宽２０

ｍ、边坡１：１的过水缺口，缺口底高程３２４６ｍ

（图１）。试验戗堤顶高程３

２５６

ｍ，顶宽２０ｍ，上

下游边坡为１：１．５。截流抛投料粒径见表１。

图１

明渠进口布置

Ｆｉｇ．１

ＬａｙｏｕｔｏｆｃｈａｎｎｅＩ

ａ∞ｅｓｓ

表１抛投料粒径范围

Ｔａｂ．１

Ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｎｇｅｏｆ

ｒ∞ｋ

ｍａｔｅｒｉａｌ

２原设计方案

根据明渠两岸截流进占条件和交通条件，优先考虑选用立堵截流方式。明渠进口段有便利的交通条件和宽阔的料场，初步选择将戗堤轴线布置于明渠进口。若将戗堤轴线选择于明渠尾部，则截流戗堤将承受明渠范围内的落差，增加了截流难度，故不予考虑。

原设计方案中，截流戗堤轴线选择在水面宽度较小且有利于抛投料进占的部位（图２）。明渠进口左岸为洼地，地形平坦，交通便利，有利于抛投料堆放和抛投进占。戗堤轴线右侧为导流明渠边墙，无抛投进占和裹头条件，故选择从左岸单向单戗堤立堵抛投进占。

试验结果表明，由于明渠底板为混凝土，在龙

万　

方数据图２原设计戗堤轴线

Ｆｉｇ．２

ＯｒｉｇｉｎａＩｄｅｓｉｇｎｃＩｏｓｕｒｅａｘｉｓ

口宽度小于３０ｍ后抛投料流失量逐渐增加，龙口范围内各项水力学指标（流速、单宽功率、落差）也相应增大；龙口形成倒三角后，大石料流失量达５０％以上。流失的抛投料停滞于戗堤下游使下游水位壅高，变相为宽戗堤截流；至明渠合龙前水力学指标才骤减（图３）。截流总体特征为：①龙口范围平均流速较大且分布不均匀，右侧流速明显高于左侧；②水位落差较大；③大流速下抛投料较难稳定，截流后期抛投料流失量较大，戗堤堤头垮塌严重；④截流最困难时需加大抛投强度和采用特殊抛投材料。图４为特定流量时龙口处的水力学指标。图中，Ｎ为龙口单宽功率；Ｖ为龙口平均流速；Ｈ为龙口落差。由图可知，龙口范围内最大平均流速５．８４ｍ／ｓ，最终落差６．５ｍ，最大单宽功率８６．７６ｔ ｍ／（ｓ ｍ），故截流难度较大，有

必要研究更优的戗堤轴线以减小截流难度，以确保截流安全。

图３抛投料流失（截流龙口宽度Ｂ＝１０ｍ）

Ｆｉｇ．３

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