大石峽水利樞紐工程的泄水消能設(shè)計研究

卞　全，張竟超，任耀華

(1.中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司， 陜西 西安 710065；2.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院， 河南 鄭州 450008； 3.中國人民解放軍72719部隊， 江蘇 徐州 221000)

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大石峽水利樞紐工程的泄水消能設(shè)計研究

卞全1，張竟超2，任耀華3

(1.中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司， 陜西 西安 710065；2.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院， 河南 鄭州 450008； 3.中國人民解放軍72719部隊， 江蘇 徐州 221000)

大石峽水利樞紐工程是典型的高壩大庫工程，泄水消能建筑物受地形地質(zhì)條件影響，布置較難，具有水頭高、超高流速、消能難、運(yùn)用復(fù)雜等特點。針對工程開發(fā)任務(wù)、運(yùn)用情況、壩型和地形地質(zhì)條件，進(jìn)行了泄水建筑物的方案比較、詳細(xì)論證和研究，將泄水及引水發(fā)電系統(tǒng)集中于凸岸布置；泄水建筑物包括岸邊溢洪道、中孔泄洪洞、放空排沙洞及生態(tài)放水孔,下游設(shè)置“護(hù)岸不護(hù)底”的聯(lián)合消力塘。經(jīng)過整體水工模型試驗驗證,泄水消能建筑物布置合理,運(yùn)行安全。通過總結(jié)壩高250 m級的大石峽水利工程泄水消能設(shè)計與研究，對超高壩的泄水工程設(shè)計有較好的借鑒作用。

大石峽；水利樞紐工程；泄水消能

大石峽水利樞紐工程[1]位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇河一級支流庫瑪拉克河中下游，壩址處控制流域面積12 679 km2,多年平均流量154.5 m3/s,多年平均年徑流量48.74億m3。壩址區(qū)洪水由冰川、永久性積雪、季節(jié)性融雪水及降水形成，多年平均懸移質(zhì)年輸沙量1 560萬t。

大石峽水利樞紐工程的主要開發(fā)任務(wù)：在保證向塔里木河干流生態(tài)供水目標(biāo)的前提下，承擔(dān)灌溉、防洪、兼顧發(fā)電等綜合利用任務(wù)。水庫正常蓄水位1 700 m,電站裝機(jī)容量750 MW,水庫總庫容11.74億m3,為Ⅰ等大(1)型工程。設(shè)計和校核工況下入庫洪峰流量分別為3 854 m3/s、5 474 m3/s。防洪庫容0.78億m3，調(diào)節(jié)庫容10.22 億m3,具有不完全年調(diào)節(jié)性能。擋水及泄水建筑物按1 000 a一遇洪水設(shè)計,PMF校核,消能防沖建筑物按100 a一遇洪水設(shè)計。大石峽水利樞紐工程主要由大壩、泄水消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及導(dǎo)流洞等組成。大壩采用混凝土面板砂礫石壩,最大壩高247 m；泄水消能建筑物由2孔岸邊溢洪道、1孔中孔泄洪洞、1孔放空排沙洞、1孔生態(tài)放水孔組成。引水發(fā)電系統(tǒng)包括3個分層取水口、3條引水隧洞、3條壓力鋼管道、主副廠房及開關(guān)站等。

庫瑪拉克河在壩址平面上呈現(xiàn)一個大的弧形河段[2]，左岸為凸岸，右岸為凹岸，峽谷出口下游為寬闊平坦的沖洪積平原。壩址區(qū)為典型的峽谷地形，“V”型河谷，河床覆蓋層較薄，正常蓄水位處谷寬約530 m，壩頂以上坡高100 m～1 000 m，兩岸地形不太規(guī)則，小沖溝發(fā)育。壩址區(qū)出露地層為泥盆系上統(tǒng)津丹蘇群灰?guī)r類和第四系。工程場地50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.177g。

左岸壩前350 m發(fā)育有Ⅰ#變形體,位于壩前趾板上部邊坡，長380 m～450 m，厚度20 m～30 m，壩址上下游各發(fā)育一條小沖溝。峽谷出口發(fā)育有山前斷裂，斷層及破碎帶寬度50 m～100 m，全長約65 km；場地處于斷裂東段，但斷裂對場地?zé)o太大影響。

從壩址地形地質(zhì)條件分析，彎道地形非常有利于布置泄水和引水發(fā)電系統(tǒng)，可縮短泄水、引水建筑物軸線長度，節(jié)省工程量和投資。但壩前左岸Ⅰ#變形體及峽谷出口的斷裂帶，對樞紐建筑物布置有一定影響和制約。

1　泄水消能特點與研究內(nèi)容

1.1泄水消能特點

一般而言，泄水建筑物服務(wù)于主體工程，滿足工程開發(fā)任務(wù)，適應(yīng)水文及地形地質(zhì)等條件，確保工程安全發(fā)揮功效。

根據(jù)大石峽水利樞紐的工程條件,泄水消能特點可歸納為：(1) 高壩大庫工程，位于寒冷地區(qū)、高震區(qū)，泄洪水頭高、泄量較大、流速高、消能難;(2) 要滿足春灌、泄洪安全、蓄混排沙、高壩檢修、初期檢修、生態(tài)放水等要求，工程運(yùn)用復(fù)雜;(3) 河谷狹窄,岸坡陡峻,既有上游變形體又有峽谷出口的區(qū)域斷裂帶,泄水建筑物布置受限多;(4) 泄水建筑物出口遠(yuǎn)離主河道，下游覆蓋層較厚，消能條件需改善。

1.2泄水消能設(shè)計研究的主要內(nèi)容

泄水消能建筑物的設(shè)計研究主要包括以下方面:(1) 泄洪方案及功能定義;(2) 泄量分配及孔口布置;(3) 下游消能方案;(4) 建筑物布置及水力學(xué)計算;(5) 水工模型試驗驗證與優(yōu)化;(6) 建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2　泄水建筑物的研究

2.1布置格局研究

大石峽水利樞紐工程采用250 m級混凝土面板砂礫石壩，在國內(nèi)外筑壩實踐中是比較高的，也超出了目前國內(nèi)幾種主要壩型設(shè)計規(guī)范的適應(yīng)范圍。因此，在泄水建筑物的設(shè)計中，應(yīng)把“技術(shù)相對成熟、運(yùn)行安全”放在首位，以降低工程設(shè)計、施工及運(yùn)行中的技術(shù)風(fēng)險，便于項目順利進(jìn)展，確保工程運(yùn)行安全。

從工程開發(fā)任務(wù)看，泄水消能建筑既要滿足灌區(qū)春灌的用水要求，又要滿足下游生態(tài)供水、排沙運(yùn)行、防洪、檢修等綜合要求。

(1) 基本布置格局[3]。從目前國內(nèi)外典型工程實例(見表1)看，對于土石壩類的水利水電工程，泄水建筑物基本采用以岸邊溢洪道為主、泄洪洞為輔的布置格局。高位布置溢洪道，開啟方便、運(yùn)行安全可靠、超泄能力強(qiáng)，經(jīng)常承擔(dān)較大比例的泄量；低位布置泄洪洞，輔助溢洪道共同承擔(dān)下泄設(shè)計洪水的任務(wù)，在非常情況下也能滿足降低庫水位、檢修大壩等綜合運(yùn)用要求。對于土石壩類高壩水利水電工程，泄水建筑物布置基本按2層或3層泄洪孔口進(jìn)行布置。

(2) 設(shè)置專門的放空設(shè)施研究[3]。根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范》[4](SL 228-2013)：對于高壩、重要工程、地震設(shè)計烈度為8度、9度的混凝土面板壩，應(yīng)設(shè)置放空設(shè)施。

大石峽水利樞紐的最大壩高達(dá)250 m級，壩型為混凝土面板砂礫石壩，工程又位于邊疆、寒冷和高震區(qū)。從工程運(yùn)行安全、避險、檢修、運(yùn)用靈活、公共安全等考慮，有必要設(shè)置專門的放空設(shè)施，以緊急情況下降低庫水位或放空水庫，避免或減輕可能發(fā)生的災(zāi)難帶來的損失。

從樞紐布置方案比較的結(jié)論看：設(shè)置單獨運(yùn)行的放空洞(即泄水建筑物由溢洪道、中孔泄洪洞、放空洞組成)與兼顧放空的泄洪洞(即泄水建筑物由溢洪道、深孔泄洪洞組成)相比，具有工程更安全和運(yùn)用更靈活的優(yōu)點，但含土建和金屬結(jié)構(gòu)的靜態(tài)投資增加多2%左右。

表1　國內(nèi)高土石壩泄水建筑物的泄量分配表

因此，大石峽水利樞紐工程設(shè)置單獨運(yùn)行的放空洞，承擔(dān)降低庫水位或放空水庫、檢修大壩、除險加固、經(jīng)常性排沙、低水位時生態(tài)供水等任務(wù)。

(3) 泄水建筑物組成及各自功能。對于采用超高面板砂礫石壩的大石峽水利樞紐工程而言，泄水建筑物由岸邊溢洪道、中孔泄洪洞、放空排沙洞和生態(tài)放水孔組成，以岸邊溢洪道為主、中孔泄洪洞為輔的泄洪格局。

岸邊溢洪道：作為主要泄水建筑物，承擔(dān)校核洪水的75%。

中孔泄洪洞：輔助溢洪道泄洪，承擔(dān)校核洪水的25%；汛期聯(lián)合放空排沙洞，承擔(dān)拉沙、排沙任務(wù)，泄放不小于兩年一遇的洪峰流量。

放空排沙洞：不參與泄放校核、設(shè)計洪水，通過泄水建筑物的接力開啟運(yùn)行，達(dá)到在緊急狀況下降低水位、放空水庫，以便檢修大壩等建筑物的目的。汛期拉沙、排沙。運(yùn)行后期，在機(jī)組進(jìn)行檢修、庫水位較低等特殊工況下，利用放空排沙洞下泄生態(tài)流量。

生態(tài)放水孔：初期蓄水時向下游泄放生態(tài)流量、初期運(yùn)行時具備緊急降低和放空水庫。為解決和預(yù)防初期運(yùn)行的可能問題，通過“表、中、底”孔和生態(tài)放水孔的接力開啟方式完全放空水庫，以便檢修各建筑物。

2.2分岸布置比較

一般而言，泄水建筑物分兩岸布置，可減小施工干擾，分散泄洪、分區(qū)防護(hù)，有利于下游消能。但大石峽工程壩址右岸為凹岸，且大面積分布著古河床，最大厚度65 m，其上部滑坡堆積塊碎石層和崩坡積塊碎石厚，沖溝發(fā)育。如若將隧洞布置于右岸，進(jìn)出口處理范圍大、隧洞洞線長一倍，工程量大且水力條件較差。因此，將泄水建筑物集中布置于凸岸，工程量小且便于管理和維護(hù)。

2.3泄水孔口布置及調(diào)洪演算結(jié)果

大石峽水利樞紐工程的泄水建筑物采用分散分層布置，泄水建筑物的孔口尺寸見表2，調(diào)洪演算成果見表3。

表2　泄水建筑物的孔口尺寸表

表3　水庫調(diào)洪演算成果(起調(diào)水位：汛限水位1 694 m)

以上兩表的結(jié)果表明：泄水建筑物的總泄量滿足泄洪要求，泄洪調(diào)度的安全性和靈活性高。泄水建筑物的孔口尺寸和工作水頭及單寬流量均有工程實例，安全性較好，施工難度適中。

3　下游消能設(shè)計研究

3.1消能方式選擇

大石峽水利樞紐工程采用當(dāng)?shù)夭牧现?，上下游水位差達(dá)220 m，左岸集中布置了溢洪道、中孔泄洪洞、放空排沙洞、生態(tài)放水孔及導(dǎo)流洞。如果下游采用底流消能方式，消力池工程規(guī)模巨大。根據(jù)設(shè)計規(guī)范，當(dāng)泄水孔兼有沖沙功能時，不宜采用底流消能；同時，下游水墊深度較淺，也不宜采用面流消能或戽流消能方式。因此，大石峽水利樞紐工程的泄水建筑物宜采用挑流消能方式。

3.2鼻坎位置及型式研究

大石峽的峽谷出口發(fā)育有區(qū)域性斷裂帶，區(qū)域性斷裂上游為灰?guī)r，巖石致密、堅硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)；而區(qū)域性斷裂下盤為弱膠結(jié)的礫巖夾砂巖、泥巖類，建基巖體條件較差。若泄水建筑物跨過區(qū)域性斷裂帶，泄槽向斷裂帶下游輸送，將水流挑入主河道，則存在大跨度拱結(jié)構(gòu)、超高速水流振動、超高流速范圍大等技術(shù)問題、基礎(chǔ)處理量大，投資較多。因此，泄槽及出口消能工不宜跨過區(qū)域性斷裂帶。

為使下泄水流順暢歸槽，減輕對河道的沖刷和淤積，通過整體水工模型試驗，對岸邊溢洪道、中孔泄洪洞和放空排沙洞的鼻坎進(jìn)行了比較與選擇，確定了各泄水建筑物的鼻坎型式[5]。溢洪道左槽采用擴(kuò)散鼻坎，右槽采用窄縫鼻坎；中孔泄洪洞采用窄縫鼻坎，放空排沙洞采用等寬鼻坎。

3.3下游防護(hù)形式

受地形地質(zhì)條件的限制，大石峽工程的泄水建筑物鼻坎遠(yuǎn)離主河道，挑流經(jīng)預(yù)挖消力塘后再流向主河道。在工作閘門小開度開啟、閘門剛開啟或關(guān)閉的短時間內(nèi)，挑流鼻坎下游受挑流水舌沖擊、砸岸，因此泄水建筑物鼻坎下游需進(jìn)行防護(hù)。據(jù)水工模型試驗的下游沖淤情況，沿消力塘四周設(shè)置混凝土防沖墻，在鼻坎下游邊坡設(shè)置了混凝土護(hù)板防護(hù)，即采取護(hù)岸不護(hù)底的防護(hù)形式。

4　泄水建筑物布置

(1) 溢洪道。溢洪道位于混凝土面板砂礫石壩左岸壩肩，采用兩孔開敞式岸邊溢洪道型式，由上游引渠、溢流堰、泄槽及挑流鼻坎段等部分組成，建筑物全長約398.5 m。

堰頂高程為1 685.0 m，堰高10 m，堰頂設(shè)一扇12.5 m×15 m(寬×高)平板檢修閘門和兩扇12.5 m×17.5 m(寬×高)弧形工作閘門。泄槽為兩孔等寬的矩形斷面，每孔寬14 m，以中隔墻隔成兩孔。為減少泄槽開挖、降低邊坡高度，泄槽底板按變坡設(shè)計，縱坡分別為0.25，0.40和0.65。泄槽末端接挑流鼻坎，左槽采用擴(kuò)散鼻坎，反弧半徑40 m，挑角約37°，左邊墻外擴(kuò)8°，鼻坎頂高程1 550.0 m；右槽采用窄縫鼻坎，收縮段長度21 m，出口寬度5 m，水平底板末端設(shè)0.3 m高的挑坎，鼻坎頂高程1 543.75 m。挑流鼻坎下游為混凝土貼坡、聯(lián)合消力塘和護(hù)岸。

岸邊溢洪道的校核泄量為3 340 m3/s，最大流速約49.5 m/s；設(shè)計泄量為2 895 m3/s，最大流速約48.5 m/s。在溢洪道泄槽設(shè)置了3道摻氣槽，摻氣槽間距約80 m～90 m。溢洪道的堰閘段過流面采用C2840摻聚丙烯纖維混凝土，泄槽過流面采用50 cm厚的C2855摻聚丙烯纖維混凝土。

(2) 中孔泄洪洞。為減小開挖，中孔泄洪洞的進(jìn)口與電站進(jìn)水口并排布置。中孔泄洪洞由引渠段、進(jìn)水塔、壓力隧洞、工作閘室、無壓隧洞、泄槽及挑流鼻坎段等部分組成，建筑物全長約510 m。

泄洪洞進(jìn)口采用岸塔式進(jìn)水塔，底板頂高程1 625.0 m，塔體總高87 m。進(jìn)水塔內(nèi)設(shè)有一道平板檢修閘門，孔口尺寸6.5 m×8.0 m(寬×高)。有壓隧洞的標(biāo)準(zhǔn)斷面為直徑7 m的圓形斷面。工作閘門室布置在山體內(nèi)，閘室底板頂高程1 620.0 m，閘門室內(nèi)設(shè)置弧形工作門，孔口尺寸為5.5 m×6 m(寬×高)。工作閘門室后為渥奇曲線連接的無壓隧洞段，底坡為0.448，無壓隧洞及泄槽寬度為6.5 m。無壓隧洞段后采用泄槽連接窄縫鼻坎，窄縫鼻坎的上游段為反弧段，反弧半徑20 m；下游段長10 m，挑角5°，出口寬度為3 m，鼻坎頂高程1541.5 m。挑流鼻坎下游為混凝土貼坡、聯(lián)合消力塘和護(hù)岸。

中孔泄洪排沙洞的校核泄量1 039 m3/s，最大流速約38.4 m/s；設(shè)計泄量959 m3/s，最大流速約37.9 m/s。在中孔泄洪洞的無壓隧洞及泄槽設(shè)置3道摻氣槽，摻氣槽間距約80 m。中孔泄洪洞有壓洞全斷面采用C2845 HF混凝土襯砌，無壓洞及泄槽過流面采用50 cm厚的C2855摻聚丙烯纖維混凝土。

(3) 放空排沙洞。放空排沙洞進(jìn)口位于中孔泄洪洞左側(cè)，由進(jìn)口盲洞、壓力隧洞、工作閘室、泄槽及挑流鼻坎段等部分組成，總長約578 m。

因放空洞工作閘門的最大擋水水頭約135 m，運(yùn)行水頭也超過120 m，工作閘門后采用突擴(kuò)突跌型式。由于水頭較高，工程處于高震區(qū)，放空排沙洞的進(jìn)口采用塔井結(jié)合式：1 625 m高程以上為塔體結(jié)構(gòu)，1 625 m以下為豎井結(jié)構(gòu)。

檢修閘門前設(shè)93 m長的盲洞段，盲洞段進(jìn)口采用喇叭形進(jìn)口，長10 m，后接內(nèi)徑為8.5 m的壓力隧洞段。進(jìn)水塔底板頂高程為1 625.0 m，塔體總高87 m；塔基長25 m，寬13 m。下部豎井段高約51 m，長18 m,寬11.5 m。為運(yùn)行安全考慮，進(jìn)水塔內(nèi)設(shè)有一道平板檢修門和一道平板事故門，孔口尺寸均為6 m×8.5 m(寬×高)。

事故閘門后的有壓隧洞標(biāo)準(zhǔn)斷面的內(nèi)徑為6.5 m。工作閘門室布置于山體內(nèi)，閘室底板頂高程1 565.0 m，閘門室內(nèi)設(shè)置弧形工作門，孔口尺寸為4.5 m×6 m(寬×高)。工作閘門出口采用突擴(kuò)突跌型式，設(shè)1 m的跌坎，兩側(cè)突擴(kuò)0.5 m。閘門室段后為無壓隧洞，采用城門洞形斷面，寬5.5 m。無壓隧洞由水平段、渥奇段和斜坡段組成。無壓隧洞段后采用泄槽連接等寬鼻坎，鼻坎的反弧半徑30 m；挑角36.86°，鼻坎頂高程1 546.0 m。

放空排沙洞的最大泄量為1 036 m3/s，泄槽段的最大流速為44.8 m/s。在放空排沙洞的無壓隧洞及泄槽設(shè)置3道摻氣槽，摻氣槽間距約90 m。放空排沙洞的有壓隧洞全斷面采用C2845 HF混凝土襯砌，無壓隧洞及泄槽過流面采用50 cm厚的C2855摻聚丙烯纖維混凝土。

放空排沙洞工作閘門后采用突擴(kuò)突跌型式，水頭高易空蝕破壞，因此，在進(jìn)口閘門室、出口工作閘門室的混凝土表面采用了鋼襯結(jié)構(gòu)。

(4) 生態(tài)放水孔。由于生態(tài)放水孔的最大擋水水頭達(dá)200 m，閘門設(shè)計、建造和運(yùn)行均超出目前最高水平，借鑒馬來西亞巴貢水電站放水孔的設(shè)計經(jīng)驗[6]，大石峽水利工程生態(tài)放水孔的工作閥門采用錐形閥，下游采用消能罩的型式，在錐形閥的上游側(cè)布置球閥作為事故檢修閥門。

生態(tài)放水孔由過壩交通洞改建而成，進(jìn)洞口位于上游圍堰前，工作閥室位于防滲帷幕附近。采取“接力賽”的開啟運(yùn)行方式，以降低庫水位。生態(tài)放水孔的最高運(yùn)行水頭80 m，最大泄量106 m3/s，設(shè)置2個孔口，既可同時開啟也可單獨運(yùn)行。球閥直徑2.4 m，錐閥直徑1.6 m，消能罩最大直徑4.5 m。

(5) 下游消能區(qū)防護(hù)。為使下泄水流順暢歸槽且減輕對河道的沖淤，下游消能區(qū)采用預(yù)挖的聯(lián)合消力塘，即將溢洪道、中孔泄洪洞和放空排沙洞的下游兩消能區(qū)之間巖體均開挖至1 475 m，對各鼻坎下游開挖邊坡采用鋼筋混凝土貼坡防護(hù)，貼坡厚度1 m，坡腳設(shè)10 m深、5 m寬的混凝土防沖齒槽。

5　水工模型試驗驗證

經(jīng)過1∶100比尺的整體水工模型試驗?zāi)M，對泄水建筑物的體型進(jìn)行了測試、驗證和優(yōu)化，主要結(jié)論[5]如下：

(1) 水流流態(tài)。各種運(yùn)行工況下，溢洪道進(jìn)口流態(tài)平穩(wěn)，出流均勻，橫向水面差較小。中孔泄洪洞的進(jìn)口無旋渦，泄槽內(nèi)水深沿程變化不大，橫向分布均勻。放空排沙洞在出口渥奇段附近，邊墻有較明顯水翅。電站進(jìn)水口前水面平穩(wěn)，無吸氣漩渦。

(2) 壓強(qiáng)、流速等水力參數(shù)。泄水建筑物各部位壓強(qiáng)分布正常，壓強(qiáng)值基本為正壓，僅溢洪道堰頂在校核洪水工況出現(xiàn)較小負(fù)壓，壓強(qiáng)值為-0.15×9.81 kPa。

溢洪道在校核洪水工況流速最大，流速沿程增大，最大流速范圍為10.8 m/s～49.5 m/s。中孔泄洪洞在校核洪水工況流速最大，閘室末端最大流速35.1 m/s，泄槽末端最大流速38.4 m/s，窄逢鼻坎出口最大流速38.2 m/s。放空排沙洞的閘室末端最大流速43.7 m/s，泄槽末端最大流速44.8 m/s。

溢洪道泄槽末端的最小空化數(shù)為0.09，中孔泄洪洞泄槽末端的最小空化數(shù)為0.12，放空排沙洞的最小空化數(shù)為0.14。泄水建筑物的水流流速高、空化數(shù)較低，需設(shè)置摻氣減蝕設(shè)施。

(3) 下游消能區(qū)的沖淤。下泄設(shè)計洪水時，沖坑最深點距溢洪道鼻坎240 m，坑底高程為1 459 m，最大沖坑深16 m；消能區(qū)左側(cè)最深沖坑底高程 1 464 m，沖坑深11 m；中孔泄洪洞下游最深沖刷至1 461.5 m，沖坑深13.5 m。下游最高淤積至1 484 m，距溢洪道鼻坎400 m。

下泄百年一遇洪水時，消能區(qū)的沖坑最深點距溢洪道鼻坎215 m，坑底高程為1 454.5 m，沖深20.5 m。對左岸無沖刷，下游最高淤積至1 483 m，距溢洪道鼻坎350 m。

(4) 下游消能區(qū)的流態(tài)與銜接。下泄設(shè)計洪水時，溢洪道左槽水舌橫向擴(kuò)散，挑距為203 m；右槽水舌縱向拉開，挑距為225 m。沖坑下游有較大范圍的淤積體，淤積體上水流向上下游方向擴(kuò)散，最大流速6.3 m/s。中孔泄洪洞的水舌左側(cè)流速約5.1 m/s，下游河道轉(zhuǎn)彎處及以下最大流速3.5 m/s。河道上游側(cè)有較大范圍的回流，右岸邊主流回流流速2 m/s，局部回流流速4.8 m/s。

下泄百年一遇洪水時，溢洪道左槽挑距165 m，右槽挑距197 m。沖坑下游有淤積體，淤積體上水流向河道上下游方向擴(kuò)散，最大流速5.6 m/s。下游河道轉(zhuǎn)彎處及以下主流偏右，流速較小。河道上游側(cè)回流范圍較小，最大回流流速2.9 m/s。中孔泄洪洞的水舌左側(cè)最大回流流速為4.2 m/s。

6　結(jié)　語

大石峽水利樞紐工程的泄水消能建筑物具有運(yùn)用復(fù)雜、水頭高、流速高、消能難、布置難等特點。結(jié)合主體建筑物布置、運(yùn)用要求、水文及地形地質(zhì)等條件，為滿足工程開發(fā)任務(wù)，經(jīng)方案比較、詳細(xì)論證和研究，大石峽水利樞紐工程的泄水及引水發(fā)電系統(tǒng)集中于凸岸布置，泄水建筑物由岸邊溢洪道、中孔泄洪洞、放空排沙洞及生態(tài)放水孔組成,下游設(shè)置“護(hù)岸不護(hù)底”的聯(lián)合消力塘。整體水工模型試驗表明, 泄水消能建筑物布置合理,運(yùn)行安全可靠。

[1]李學(xué)強(qiáng),卞全,蒙振國,等.新疆大石峽水利樞紐工程可行性研究報告5工程布置及建筑物[R].西安:中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司,2015:160-320.

[2]萬宗禮,沈啟香,何曉東,等.新疆大石峽水利樞紐工程可行性研究報告3工程地質(zhì)[R].西安:中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司,2015:81-120.

[3]卞全,王亞娥,安永奇，等.新疆大石峽水電站工程泄洪消能專題報告[R].西安:中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司,2014:30-102.

[4]中華人民共和國水利部.混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范：SL228-2013[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

[5]梁宗祥,馬振海.新疆大石峽水利樞紐工程可行性研究階段樞紐整體水工模型試驗報告[R].楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué),2016:18-52.

[6]卞全.錐形閥及消能室在巴貢水電站放水孔的泄洪消能運(yùn)用[J].水利水電工程設(shè)計，2012,31(3):12-15.

Water Discharge and Energy Dissipation Structures Design of Dashixia Water Conservancy Project

BIAN Quan1, ZHANG Jingchao2, REN Yaohua3

(1.NorthwestSurveyDesignandResearchInstituteCo.,Ltd.ofPOWERCHINA,Xi'an,Shaanxi710065,China;2.HenanVocationalCollegeofWaterConservancyandEnvironment,Zhengzhou,He'nan450008,China; 3.TheChinesePeople'sLiberationArmy72719Forces,Xuzhou,Jiangsu221000,China)

Dashixia water conservancy project is a typical project with high dam and large reservoir, the design of its water discharge and energy dissipation structures is very difficult since it need to consider effects from terrain, geological conditions etc. and the features of high water head, ultrahigh velocity, difficult energy dissipation and complex utilization. This paper focus on the scheme comparison, detailed verification and researches have been made on the discharging and energy dissipation structure relative to the development task. The discharging and energy dissipation consists of bank spillway, flood discharging tunnel, emptying and desilting tunnel, and ecological dewatering orifice, the associated plunge pool is set downstream in form of bank protection and un-bottom protection. All the discharging and energy dissipation structures, water conveyance and power generation system were set in the left convex bank. The operation is reliable through detailed simulation of the integral hydraulic model test. This paper summarized the designs and researches for the discharging and energy dissipation structure of the project which has the ultrahigh dam about 250 m high, and can provide valuable information to similar engineering design with ultrahigh dams.

dashixia water conservancy project; discharging and energy dissipation; design and research

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.04.036

2016-03-24

2016-04-17

卞全(1972—)，男，河南桐柏人，高級工程師，主要從事水利水電工程水工建筑物的設(shè)計、研究及項目管理工作。

E-mail: bqbq100@163.com

TV65

A

1672—1144(2016)04—0183—05