卡尔达拉水电站消力池与消力墩体形试验研究.docx

    卡尔达拉水电站消力池与消力墩体形试验研究    Reference：针对卡尔达拉水电站泄水孔在运行中由于消力池与消力墩体型设计不合理而出现的消力池内流态不良问题，对消力池与消力墩体型进行了不同方案的试验研究通过在水工模型试验中改变折坡消力池坡度及消力墩的位置，对各试验组合结果进行对比分析，提出合理的折坡消力池体形及消力墩布置方案；并且从水流流态、流速、水跃特性、消能率等方面综合考虑，分析消力墩位置对折坡消力池消能的影响、Keys：折坡消力池；消力墩：消能；水跃；卡尔达拉水电站中图法分类号：TV653：A卡尔达拉( Chardara)水电站位于哈萨克斯坦共和国的锡东河流域上，建于20世纪60年代，电站主要以发电、防洪及生活供水为主，结合灌溉等综合利用_1枢纽建筑物主要由泄水底、电站厂房及左右岸副坝等组成泄水底孔共设4孔，左右岸各2孔，每尺5mx6m（宽×高）；河床式水电站位于河道中心，4台机组坝顶高程256.0 m，最大坝高39.6 m泄水底孔闸室段长49.6 m，其进口底板高程230.0 m，出口底板高程220.0 m，中间用1：2.8的斜坡衔接；闸室下游接50 m长的消力池，其底板高程为220.0 m，消力池末端坎高为6.4 m。

泄水道及消力墩体型布置如图l所示卡尔达拉水电站泄水道底板采用直线折坡形式，建成运行60多年来，由于长期运行而未修护，底板出现了不同程度的破坏，流态不佳，影响了工程正常的生产运行相关试验研究表明，消力墩距变坡点太近，水流出闸经折坡流下，由于消力墩过于靠前，水流冲击消力墩时，水流飞溅，致使消力池中水流流态较差本文针对卡尔达拉水电站在长期运行中出现的流态不良问题进行了不同方案的试验研究，从水流流态、消能率、水跃特性等方面综合考虑，通过水工模型试验提出合理的折坡消力池体型及消力墩布置方案1.1 试验优化方案水工整体模型按重力相似准则设汁，结合试验场地情况，选定模型几何比尺Lr=1: 40，进行动床模型试验心泄水道的玻璃水槽高60 cm，宽30 cm，在已有的试验结论基础上，变换折坡消力池的折坡坡度，在每种坡度的消力池中，改变消力墩的位置时，形成不同的试验组合，对于每种实验组合在小同的工况下试验，包括：以折坡坡脚为原点，对于坡度l80在工为4.8、7.2 m；对于坡度150时在J为3.2、6.4、9.6 m；对于坡度110时在x为2.8、5.6、8.4 n，处设置第1排消力墩，两排消力墩的相对位置及平面布置形式不变（见图I），观测各工况下的水流流态、水跃特性、消能效果，确定消力墩的合理布置。

水位及流速测点在各段测量断面等间距布置，各断面根据实际情况而定1.2试验典型运行工况为了获得不同坡度下不同位置消力墩更为详尽的水流流态、水跃特性及消能的资料，模型试验根据上下游水位及闸门开度不同，制定的工况较多，现将最为典型的运行工况列入表l2 不同折坡及消力墩位置流态试验比较2.1 消力池流态的演变(l)当实际下游水深^．低于使池内产生临界水跃的下游水深时，池内形不成水跃，水流以急流越过消力墩，水流被挑起后射向下游，导致下游水面波动剧烈，流态不良，下游河床局部冲刷严重，见图2(a)2)当实际下游水深．升高到等于或略大于使池内产生临界水跃的水深h时，水舌由射流转变为临界淹没混合流，在消力墩上游形成水跃，但水跃区水面波动非常剧烈，流态不稳定，见图2(b)3)当下游水位继续上升，池内形成稳定的淹没水跃，水流波动小，对下游的冲刷轻微，见图2(c)4)随着下游水深继续增加，消力墩作用减弱，水跃长度增加，跃尾断面向下游推移，跃尾波动剧烈，水面波动延伸到下游很远距离，对下游的冲刷加剧，消能率低，见图2(d)当改变墩的位置及折坡坡度时，同时施放不同流量并变化下游水位，其流态过渡形式基本遵循上述规律，只是过渡的水深不同。

在同工况下消力池坡度及消力墩的布置对水流流态有影响2.2 试验结果比较由以上的流态观察可以看出，在同一折坡坡度下，随着消力墩的下移，跃尾断面向下推移，水跃长度增加，但跃首断面无显著的变化从而也说明消力墩越靠近水跃起点断面，对减少水跃长度的作用愈明显‘7：同时底孔闸室段内的水流流态也得到了进一步的改善试验观测了折坡坡度150时6种工况下不同消力墩位置的水跃特性，如跃首、跃末发生的位置及跃长，具体见表2从表2可以看出6种工况下，消力墩位置的变化对跃首位置无明显的影响，随着消力墩的下移，水跃长度增加 4消能防冲首先对坡度为15 0的折坡消力池，改变消力墩位置，进行流速测量，计算消能率，随着消力墩的下移，消能率略有提高（见表3）其次，比较3种不同坡度时，流态良好的消力墩布置方案，同样通过流速测量计算消能率，150的折坡消力池在各工况下均可以得到较高的消能率，是比较理想的消力池体型（见表4）同时对不同工况的下游河道冲淤进行r试验观测，结果表明，不同工况下均无明显冲淤，究其原因主要是由于水流经消力墩消能后断面平均流速（见表3、4）迅速降低，跃后断面流速小于河床质抗冲流速2 m/s，故下游河道在小同工况下均无明显冲淤。

综合上述试验结果，对15 0的折坡消力池在距折坡脚点9.6 cm处布置消力墩时，各工况下水跃位置相对合理，跃后水流平稳顺畅，水跃区流态良好，可以获得较高的消能效率5结论(1)随着消力墩的下移，跃尾断面向下推移，水跃长度增加，但水跃漩滚区长度的增加，可使水流进行充分的紊动消能，同时水流流态也得到了进一步的改善即：对于坡度180时x为7.2 m；坡度15 0时x为9.6 m；坡度llo时x为8.4 m处设置消力墩，各工况水跃位置适中，流态较好2)消力墩位置的变化对跃首位置无明显的影响在不同消力池坡度下，随着消力墩的下移，跃尾断面向下推移，水跃长度增加，从而也说明消力墩越靠近水跃起点断面，对减少水跃长度的作用愈明显Reference：[1] 曹长冲，刘韩生，徐根海，卡尔达拉水电站实验研究[j]．人民长江，2008 ,39(2)：76 - 03．[2] 中华人民共和国行业标准，水工（常规）模型试验规范[s]．北京：中国水利水电出版社，1995.[3] 南京水利科学研究院，水利水电科学研究院，水工模型试验[M】，北京：水利电力出版社．1985．[4] 吴持恭，水力学[M]．北京：高等教育出版社，1985．  -全文完-。