泄洪坝段流态及消能防冲研究

上游水位135.0m,深、底孔联合泄洪时,泄洪坝段坝前右侧有弱回流,21～23号深孔坝前偶尔可见漏斗漩涡。

由于导流底孔鼻坎高程较低,出流受下游水位淹没影响,呈挑流与面流的混合流态,水舌下有逆向旋滚,最大逆向流速约4～5m/s。另外,右侧22号导流底孔距右导墙约50m,而设在纵向围堰坝段上的排漂孔在围堰挡水发电期间尚未建成,因此水流出鼻坎后突然扩散,在泄洪坝段下游右侧形成较大回流区。当底孔单独过水时回流区较大,而回流强度相对较小,如上游水位135.0m,流量为36200m3/s时,下游最大回流宽度为94m,回流速度约为8.4m/s;当深、底孔联合泄洪时,底孔出流受深孔挑流水舌的阻挡,回流区被压缩,但回流强度增大,如上游水位为135.0m、流量为72300m3/s时,最大回流宽度为75m,回流流速约为11.4m/s。底孔水舌下的逆向旋滚和下游右侧强烈回流淘刷是否危及大坝和右导墙等建筑物的安全,是三期导流围堰发电期间泄洪消能与防冲设计需要解决的重要问题。

整体模型试验结果表明,18号泄洪坝段以左坝趾下游附近为淤积地形,未被底孔出流水舌下的旋滚所淘刷,与断面模型试验结果一致。18号泄洪坝段以右坝趾附近,不论是底孔单独泄洪或深、底孔联合泄洪,均受到右侧回流不同程度的淘刷,危及大坝与右导墙的安全。为减小泄洪坝段右侧回流强度与淘刷,在整体模型试验研究中,主要采取了如下三项工程措施。

(1)加大右侧边底孔的鼻坎挑角。加大右侧边孔的鼻坎挑角,对减轻回流强度与淘刷作用明显。如22号底孔采用10°小挑角,在上游水位135.0m泄流时,泄洪坝段右坝趾附近发生严重回流淘刷,22个底孔单独泄洪(Q=36200m3/s)冲坑最低高程为15.0m,深、底孔联合泄洪(Q=72300m3/s)冲坑最低高程达12.0m,相对铺砂高程48.0m,分别冲深了33m和36m。22号底孔鼻坎挑角由10°加大至17°和25°,右侧坝趾附近的淘刷最低高程由12.0m抬高至24.6m和30.0m,右导墙左侧的淘刷最低高程由18.0m抬高至34.0m和25.0m。(www.xing528.com)

(2)在右导墙左侧设置隔流墙。在右导墙左侧防冲墙上桩号20+150m～20+300m范围内设置几道潜没式横向防冲隔流墙(头部圆化),对减小下游回流速度与淘刷、缩短水跃跃头进入底孔出口的距离都有很好的效果,可基本消除回流对右侧坝趾附近的淘刷,右导墙左侧防冲墙的淘刷最低高程也可进一步抬高至30.0m高程以上,满足了防冲墙脚河床的冲刷高程不低于30.0m的设计要求。横向防冲隔流墙工程量小,施工简单,也不影响底孔总体布置和枢纽布置的美观,见图2.2。

(3)在泄洪坝段右侧坝趾下游设置护坦。同时在右导墙左侧设置隔流墙和在右坝趾设置护坦,对施工后期减小下游河床冲刷效果更好。试验表明,泄洪坝段右侧回流淘刷只影响到18号底孔坝趾,18号底孔以左均为淤积地形,但只对右坝趾淘刷部位进行小范围衬护,回流淘刷将继续沿坝趾向左和下游延伸,防护工程本身可能难以维持稳定。最后经研究,在17号泄洪坝段以右坝趾下游46.0m范围及右导墙防冲墙左侧桩号20+151m约至桩号20+360m宽15m范围内,采取顶高程48.0m的护坦防淘保护措施,即可保证大坝基脚及右导墙基脚安全。

另外,试验表明,在深、底孔联合泄洪流量小于70000m3/s时,不开启22号底孔的运行方式,对减小下游河床冲刷,缩短跃头进入22号底孔出口的距离均有利。