广东省东源县柳城(蓝口)水电站工程水工模型试验研究

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1、广东省东源县柳城（蓝口）水电站工程水工模型试验研究王丽雯张广传赖冠文（广东省水利水电科学研究院，广州，510610）摘要：通过对柳城（蓝口）水电站工程水工模型试验研究，研究泄水闸的过流能力、流态及流速分布，分析其对上、下游河床的冲淤影响以及消能工的消能效果，电站进出口的流速分布及水头损失以及电站发电对水闸运行的影响，提出合理安全的管理运行方式，为设计及审批提供科学参考依据。方式，为设计提供科学参考依据。关键词：泄洪能力流态及流速分布水头损失消能1工程概况柳城（蓝口）水电站工程地处河源市东源县柳城镇下坝村，位于东江干流的中上游，是东江水资源综合开发的其中一个梯级电站，其上游

2、为已建成的龙川县枕头寨梯级，下游为正在施工的2东源县蓝口（白坭塘）梯级，见附图1。坝址上游河长236km，集雨面积为8153km，坝址上游85.9km处有枫树坝水文站，上游20km有龙川水文站，坝址下游58.3km有河源水文站，三个水文站实测3系列长，测验资料可靠。坝址多年平均流量为226m/s，设计正常蓄水位为60.0m，本工程属I等大（1）型工程，拦河水闸建筑物为2级，按30年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，设计洪33水为6380m/s，校核洪水为8572m/s，相应水位分别为62.89m和64.19m。电站单机发电流量161.533m/s，三台机组满发为614m

3、/s。历年最低水位53.54m。2试验研究的内容①研究泄水闸的过流能力；②研究水工建筑物整体布置的合理性；③研究泄水闸各种泄洪工况的流态及流速分布，分析其对上、下游河床的冲淤影响；④研究泄水闸在局部开启运行时的流态及流速分布，分析消能工的消能效果，上、下游水流的衔接流态；⑤研究电站各种运行工况条件下，电站进出口的流态及流速分布、水头损失，并提出改进措施；⑥研究船闸在最大通航流量条件下、水闸弃水情况、电站运行条件下，船闸的上、下游引航道口门的流态及流速分布，分析其水流对船只通航的影响；⑦提出合理、安全的管理运行方式。3水工模型设计与制作3.1模型范围柳城水电站工程坝址所处的

4、河段为弯道进口，上游河段较为顺直宽阔，下游为两个连续弯，根据河道的河势变化，结合试验研究内容，上游截取约1km，下游截取1.5km，总长约2.5km，尽量使得过闸水流满足水流相似的要求。3.2模型设计根据试验研究的内容，断面模型主要是解决水闸消能工的布置及上、下游水流的衔接，因此，模型必须按重力相似定律设计成正态模型。按相似条件得如下比尺：根据试验研究内容要求，以及模型试验要求满足相似性理论，本模型按重力相似准则设计为正态模型，按佛汝德（Froude）数相似准则，考虑到试验场地及供水流量等条件，选定模型的几100何比尺为λ=λ=100，由此得满足相似要求的各项比尺为：lh

5、1流速比尺λ=λ2=10Vh5流量比尺λ=λ2=100000Ql1糙率比尺λ=λ6=2.1544nl紊流要求λ≥1000Rkp水深要求h≥1.5cmm3.3模型制作模型边墙采用灰砂砖浆砌，内侧用水泥批荡光面防渗，依据1:2000最新实测地形图，采用水冲密实河沙塑造地形，水泥抹光面，精度控制0.5mm。水工建筑物采用杉木精制，石蜡抛光防止变形，基本满足河床及水工建筑物的相似要求。4试验研究成果分析4.1天然河道水流特性试验柳城水电站工程坝址所处河道为弯道进口断面，该河道在坝址上游河段较为顺直，河道宽浅，两岸台地明显。在10年一遇洪水以下，水流归槽，水流主流略偏河槽左岸，进入

6、第一个弯道后，水流略偏河槽右岸，水流进入第二个反向弯时，水流略偏河槽左岸。其水流主流动力轴线符合一般的弯道水流的规律。大于10年一遇洪水时，水流漫滩，水流主流动力轴线略居中取直。水流在流出第二个弯时，偏向左岸。在设计洪水和校核洪水时，主槽的最大流速分别达2.96m/s和3.58m/s，河滩地上的最大流速达0.79m/s和1.10m/s，可见，大洪水时，河滩台地有较强的泄洪能力。该河段的各级洪水水面线试验表明，在坝址上游，水面较平缓，在第一个弯道下游，水面也较平缓，但由于坝址下游处，河道突然变窄，水面降落较为明显，在设计流量和校核流量时，水面降落分别为0.32m和0.49m

7、。4.2原设计方案的试验成果分析4.2.1泄洪能力试验原设计的水电站工程枢纽布置方案试验表明：在设计洪水频率流量工况时，闸前水位（闸上游150m处，下同）为63.34m，比设计计算水位高0.45m，在校核洪水频率泄洪工况时，闸前水位为64.86m，比设计计算水位高0.67m。扣除天然水面线的落差，设计和校核洪水泄洪工况的水位壅高值分别为0.53m和0.80m，远大于设计计算的0.20m和0.30m，可见，原设计方案不满足泄洪能力要求。4.2.2泄洪工况流态及流速分布试验原设计方案水闸全开泄洪工况时，分别进行P=0.5%、P=2