鄧冊 江西省路港工程有限公司
王志鵬 江西省港航建設(shè)投資集團(tuán)有限公司
贛江井岡山航電樞紐主要由通航建筑物、電站廠房、泄水建筑物、過魚建筑物、兩岸擋水建筑物和右岸防護(hù)堤等組成,工程等級為二等1。樞紐具有洪水流量大,水庫庫容小,河谷寬淺,河流坡降小等特點。泄水建筑物采用混凝土平底閘型式,閘孔凈寬20.0m,閘墩厚3.0m,閘室寬度為36.0m,共23孔。根據(jù)導(dǎo)流需要由泄水閘隔堤分隔為左區(qū)8孔閘段和右區(qū)15孔閘段,總長為535.0m。左區(qū)8孔泄水閘在船閘和泄水閘隔堤之間,右區(qū)15孔泄水閘在泄水閘隔堤和廠閘導(dǎo)墻之間。
根據(jù)工程布置特征(見圖1),泄水閘采用底流消能方式,消力池底板高程為56m,泄水閘上游隔堤頂高程為67.5m、長為110m進(jìn)行布置。建立水工模型試驗2,分析本樞紐泄流能力及導(dǎo)墻、隔流堤的水位差值特征,并根據(jù)分析提出優(yōu)化方案。
本水工模型比尺為1:100,模型中的泄水閘、電站系統(tǒng)采用有機(jī)玻璃按幾何相似模擬制作。模型上游進(jìn)口前設(shè)置電磁流量計控制流量,沿程設(shè)置水位測站,下游2500m處的水尺為模型控制水位站,由尾水閘門調(diào)節(jié)水位。
根據(jù)工程調(diào)度運行可能采取的方案,樞紐泄洪能力試驗包括23孔敞泄、右15孔敞泄和左8孔敞泄運行方式。23孔敞泄流量由大到小分別為26100m3/s、24400m3/s、20400m3/s、18600m3/s、17300m3/s、16100m3/s、14100m3/s、11800m3/s、10000m3/s、8000m3/s和6000m3/s,共11組工況;右區(qū)15孔敞泄流量從18600m3/s至8000m3/s分級試驗,共7組工況;左區(qū)8孔敞泄流量從10000m3/s至4000m3/s分級試驗,共6組工況。試驗時電廠關(guān)閉,下游控制水位采用閘后2500m天然河道計算水位值控制,并觀測記錄閘前1200m、5m和電站前測站水位。
通過模型試驗,分析泄水閘23孔、右區(qū)15孔及左區(qū)8孔敞泄時流量與水位的關(guān)系,如圖2所示。由圖得知,在上述三種敞泄條件中,閘前與電站前的水位均隨流量增加而增大,并且在相同水位下,23孔敞泄時流量最大,左8孔敞泄時流量最小,由此得知,泄流能力:23孔敞泄能力大于右15孔敞泄,右15孔敞泄能力大于左8孔敞泄。在左8孔單獨敞泄時,因閘前上游隔堤對水流約束作用明顯,右側(cè)兩孔形成回流,閘前5m和電站前的跌水與涌浪較大,水流流態(tài)及水位均不穩(wěn)定,該處測站水位波動較大難以記錄,故該處水位不作記錄與分析。
圖1 井岡山航電樞紐總體布置
圖2 樞紐泄流時流量~水位曲線
圖3 樞紐泄流時流量~水位差曲線
表1 船閘上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位差
根據(jù)泄流模型試驗,得知在各工況條件下,廠閘導(dǎo)墻、泄水閘隔堤以及上游航道導(dǎo)墻兩側(cè)均存在水位差。由圖3得知,23孔敞泄時,泄水閘隔堤兩側(cè)水位差基本控制在1.1m范圍內(nèi),船閘上游引航道導(dǎo)墻兩側(cè)水位差控制在0.5m范圍內(nèi),泄流穩(wěn)定,泄流對隔堤及上游引航道導(dǎo)墻影響較小。右區(qū)15孔敞泄時,上游引航道導(dǎo)墻兩側(cè)水位差也較小,控制在0.25m以內(nèi);當(dāng)泄洪流量小于8000m3/s(中洪水)時,泄水閘隔堤水位差不超過1m,說明中洪水期間,右區(qū)15孔敞泄穩(wěn)定,泄流對隔堤及上游引航道導(dǎo)墻影響也較小。左區(qū)8孔敞泄時,當(dāng)流量達(dá)到4000m3/s時,泄水閘隔堤兩側(cè)水位差就超過了2.5m,上航道導(dǎo)墻水位差超過1.2m,并且水面跌落明顯,水流涌浪大,對泄水閘隔堤及上游引航道導(dǎo)墻的穩(wěn)定性存在一定影響,特別是對上游引航道導(dǎo)墻(空箱體結(jié)構(gòu))的影響。因此,在左區(qū)8孔泄水閘單獨敞泄時,需對泄流布置作一定優(yōu)化,原則上不建議左區(qū)8孔泄水閘單獨泄流運行。
根據(jù)左區(qū)8孔泄水閘敞泄試驗,泄水閘上游堤頭繞流造成閘前跌水較大,在船閘上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外形成較大水頭差,影響閘孔泄流能力以及船閘導(dǎo)墻穩(wěn)定。試驗對泄水閘上游隔堤布置進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化方案及試驗工況如下所示。
(1)導(dǎo)流優(yōu)化方案:①頂高程67.5m,長110m;②頂高程61.5m和67.5m組合,前段頂高程61.5m,后段頂高程67.5m,各長55m;③頂高程61.5m,長110m;④頂高程61.5m,長55m。
(2)試驗流量:①10000m3/s;②8000m3/s;③6650m3/s;④6090m3/s;⑤5800m3/s;⑥4400m3/s;⑦4000m3/s。
為比較與分析各導(dǎo)流優(yōu)化方案條件下左區(qū)8孔泄水閘泄流能力和上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位情況,試驗設(shè)斷面觀測上游引航道內(nèi)、外水位數(shù)值,再計算上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位差值,見表1。
從表1可知,上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位差主要集中在閘前0m至290m區(qū)間內(nèi)。在同級流量下,上游引航道導(dǎo)墻內(nèi)外水位差隨泄水閘隔堤高程降低、長度縮短而下降,從而有利于提高船閘導(dǎo)墻的穩(wěn)定性。綜上所述,建議上游泄水閘隔堤最終按頂高程61.5m,長度為55m的方案進(jìn)行優(yōu)化布置。
(1)通過水工模型試驗可知贛江井岡山航電樞紐23孔泄水閘敞泄時泄流能力最強(qiáng),右區(qū)15孔敞泄能力次之,左區(qū)8孔敞泄能力最弱。
(2)根據(jù)泄流方案中泄水閘隔堤與船閘上游引航道導(dǎo)墻的水位差值特征分析,泄水閘23孔敞泄時,閘前隔堤和上游引航道導(dǎo)墻的水位差最小、左區(qū)8孔敞泄時最大;左區(qū)8孔敞泄因集中出流影響,上游引航道導(dǎo)墻和泄水閘隔堤兩側(cè)水位差值大,水面跌落明顯、涌浪大,敞泄泄流能力和上游引航道導(dǎo)墻穩(wěn)定性均受影響。
(3)隨著泄水閘上游隔堤頂高程降低及長度縮短,左區(qū)8孔泄水閘的敞泄能力有所改善,上游引航道導(dǎo)墻穩(wěn)定性也能得以保證。