槟榔江勐乃水电站导流洞水力计算.doc

槟榔江勐乃水电站导流洞水力计算刘 军（云南省水利水电科学研究所 云南昆明 650228） 摘 要：盈江县槟榔江勐乃水电站采用隧洞导流方式，如何合理地选择导流标准、洞径尺寸、确定上下游围堰的高度，直接决定了施工导流建筑物的造价，甚至影响到整个工程的工期，本文就勐乃水电站导流洞的水力计算方法和过程作进一步阐述。关键词：导流标准 泄流能力 糙率1.工程简介勐乃水电站位于盈江县西北盏西镇槟榔江中游河段，地理位置为东经9731-9816、北纬2422-2520之间，坝段河谷为“V”字形峡谷，河床宽约40m。枢纽建筑物由混凝土重力坝、压力钢管、地面厂房、升压站等组成。水库兴利库容903.18104m3，挡水建筑物最大坝高51m，混凝土重力坝坝顶高程1059.0m，河床部位最低建基面高程1008.0m，坝顶长度175.6m，坝顶宽度5.0m。枢纽施工采用一次性拦断河床，上下游土石围堰，隧洞导流方式。导流洞布置于右岸，全长153.5m，主要岩性为泥盆系下统关上组上段D1g2a灰岩段， D1g2a灰岩为浅灰、深灰色，中厚层状，为中硬岩，成洞地质条件较好。2.设计标准与洪水根据首部枢纽工程等别、永久建筑物级别及水利水电工程施工组织设计规范（SDJ338-89）的规定，导流建筑物级别定为5级，导流标准取P=33.320%。因本工程坝址处河谷狭窄，河床冲积层较厚，经过对坝址区地形、地质、建筑物施工特性及河流水文特性的综合分析，拟采用右岸隧洞导流方式，根据施工进度要求及导流时段初拟为枯期（124月）。根据水利水电工程施工组织设计规范（SDJ338-89）的规定，本工程首部枢纽的施工导流标准初拟如下：表1 施工导流标准及流量表时 间设计标准(P=%)设计流量(m3/s)备 注第1年12月上旬多年月平均38.7截流，由右岸导流洞过流第1年12月-第2年4月20(124月)210枯期围堰挡水，导流洞过流第2年5月-第2年11月20(全年)924束窄河床和导流洞过流第2年12月-第3年4月20(124月)210枯期围堰挡水，右岸导流洞过流第3年5月以后3.33(全年)1390冲砂闸及溢流坝过流3.导流洞水力计算3.1拟定导流洞断面尺寸导流隧洞断面尺寸的拟定根据隧洞和围堰总造价优化后选择，因为隧洞断面尺寸小，可使造价比较低，但洪水时期洞前水位就比较高，因而上游围堰比较高，围堰造价增加，要采用最经济的隧洞断面必须计算隧洞和围堰的总造价。设计时分别选取底宽56.0m、67.2m、78.4m和89.6m四种隧洞断面进行水力计算和投资估算对比分析：断面尺寸为6.0 m 7.2m(宽高，净面积51.6 m2 ) 方案，在工程量、投资、渡汛等方面比较合理，经水力和施工条件比较后采用城门洞型无压隧洞。表2 上游围堰和隧洞的工程量和造价估算表围堰高度（m）围堰工程量（m3）围堰造价（万元）隧洞面积（m2）隧洞工程量（m3）隧洞造价（万元）施工总造价（万元）7560022.4089.69600138.24160.649864034.5678.47350105.84140.40121440057.6067.2540066.96124.56152160086.4056.0375064.00150.40备注：表中的估算仅计入洞挖及围堰的土石方回填的造价（按可研阶段概算单价）。3.2洞身段过流能力复核无压隧洞洞身段的过流能力，按明渠均匀流公式计算：式中：Q流量； 过水断面面积，对于矩形断面=bh0； C谢才系数CR1/6/n R断面水力半径R=/x； i水道底面坡降；隧洞底坡i=0.008，断面宽度b=6.0m，满足无压净空面积界限（15%）时的水深h0=6.5m，对于喷锚支护糙率n=0.025。=225.0m3/sQ设=210.0m3/s洞身过流能力满足要求。3.3隧洞进口高程的选取 隧洞进口底板高程的选取与导流洞的施工及造价相关，隧洞进口底板高程较高时，施工期洪水对导流洞的施工干扰小，但增加了上游围堰的高度，提高了造价；隧洞进口底板高程较低时，可适当降低上游围堰的高度，但汛期来临时，导流洞进出口需采取二次导流的措施。经综合比较，隧洞进口底板高程确定为1023.00m，高于枯期水位1.5m。3.4隧洞进口上游水头H0的计算当隧洞泄流为明流时，水流流态有急流和缓流两种。对于急流，下游水位对上游隧洞进口水深不发生影响，因此上游水头H0可按非淹没宽顶堰公式计算：式中：m流量系数，m=0.320.38；b隧洞进口处水面的计算宽度；对于缓流，下游水位对上游隧洞进口水深将发生影响。但一般情况下，隧洞长度较长，这种影响可以忽略不计，故隧洞进口内的水深可近似地按正常水深计算；而正常水深可按谢才公式用试算法确定。从上式求出正常水深后，可由下式近似求得上游壅高水深H：式中：考虑侧向收缩的流速系数； v隧洞进口流速； h0隧洞内正常水深；导流洞临界水深hk按矩形断面明渠临界水深计算：其中：Q=225m3/s， b=6.0m，=1.0，求得hk=5.23m正常水深h0=6.5m，属缓流。上游壅高水深H=8.4m其中：v=225/39=5.67m3/s, =0.95。3.5上游围堰高程的拟定 上游围堰高程=隧洞进口底板高程+上游壅高水深H+围堰安全超高=1023+8.4+0.5=1031.9m。3.6下游围堰高程的拟定下游围堰高程等于下游水位加安全超高。下游水位一般可按下游水位流量关系曲线确定。经查值，对应于设计流量210m3/s的下游水位为1023.8m，下游围堰高程=下游水位+围堰安全超高=1023.8+0.5=1024.3m。4.结 语导流洞水力计算紧紧围绕着洞身过流和上游壅高水深H开展，其最终目的是根据计算结果比较隧洞尺寸和上游围堰高度，选择最经济的隧洞断面。导流洞于2006年12月初河床截流时正式过水，根据上游水文站提供的水文资料，导流洞实际泄流量可达240m3/s左右，计算成果基本合理。参考文献：1吴持恭.水力学M.北京：高等教育出版社，1982.2袁光裕等.水利工程施工M.北京：中国工业出版社，19653汪胡桢.隧洞的设计理论和计算M.北京：水利电力出版社，19904苏尼古拉耶夫.水利水电