构皮滩水电站泄洪消能设计研究与运行检验

　　摘要：构皮滩水电站是乌江干流梯级开发的控制性工程。该电站泄洪消能具有高水头、大泄量、窄河谷、软基础的特点，介绍了泄洪消能建筑物布置和设计方案、水工模型试验研究成果以及工程泄洪运行和原型观测成果。对比分析了原型观测成果与模型试验成果。自2008年11月蓄水以来，工程经历了10个汛期，20次泄洪检验。实践应用表明，构皮滩大坝泄洪消能建筑物设计合理，下游消能充分，可满足工程安全汇洪需求。构皮滩高拱坝泄洪消能设计经验可为同类工程提供有益的参考和借鉴。

　　关键词：泄洪消能;原型观测;运行检验;构皮滩水电站

　　1 概述

　　1.1 工程简介

　　构皮滩水电站位于贵州省余庆县境内，是乌江干流梯级开发的控制性工程。构皮滩水电站正常蓄水位630m，死水位590m;水库总库容64.51亿m3，调节库容29.02亿m3，具有多年调节能力。电站装机容量3000MW，多年平均发电量96.82亿kW·h[1]。

　　拦河大坝为抛物线形混凝土双曲拱坝，坝顶高程640.5m，河床建基面高程410m，最大坝高230.5m，坝顶弧长552.55m，厚高比0.216。工程泄洪以坝身泄洪为主，岸边泄洪为辅。河床溢流坝段布置6个表孔、7个中孔泄洪，坝下设水垫塘消能。左岸布置1条泄洪洞辅助泄洪;右岸布置首部式地下厂房，共安裝5台600MW水轮发电机组，引水系统采用单机单洞、尾水系统二机一洞加一机一洞、主厂房和主变洞、调压室三大洞室平行的布置格局。通航建筑物为三级垂直升船机，布置在左岸煤炭沟至野狼湾一线，设计通航标准为Ⅳ级航道，可通行500t级船舶。构皮滩水电站枢纽平面布置见图1。

　　1.2 工程建设及运行情况

　　构皮滩水电站工程于2003年11月开工，2004年11月实现大江截流;2005年10月开始坝体混凝土浇筑;2008年11月导流洞下闸封堵、工程开始第一阶段蓄水;2009年6月8日导流底孔下闸封堵、工程开始第二阶段蓄水，2014年7月水库达到正常蓄水位;2009年7月首台机组投产发电，同年11月大坝混凝土浇筑至设计坝顶高程，同年12月电站5台机组全部投产发电。工程已经历10个汛期，20次泄洪检验。

　　2 泄洪消能设计方案

　　2.1 设计特点及难点

　　构皮滩水电站坝高230.5m，枢纽校核洪峰流量35 600m3/s，相应枢纽最大下泄流量28900m3/s，最大泄洪功率为42380MW。坝身最大泄量25840m3/s，上下游水头差近150m，坝身最大泄洪功率37940MW，在建时均居国内外双曲拱坝之首。坝址河谷狭窄，呈“V”形，枯水期水面宽度30～60m，常遇洪水水面宽90～110m，设计、校核洪水水面宽仅140～150m。坝址紧邻峡谷出口，岩体呈现上游硬下游软的特点，坝下游200m范围内为灰岩，以下为黏土岩和页岩，抗冲能力低。“高水头、大泄量、窄河谷、软基础”是构皮滩水电站泄洪消能的突出特点，泄洪消能设计难度大。国内外部分特高双曲拱坝坝身泄洪指标见表1[2]。

　　2.2 泄洪消能建筑物布置

　　构皮滩水电站在坝身布置6个表孔，7个中孔泄洪，坝下采用人工护底水垫塘消能。左岸布置1条泄洪洞辅助泄洪，泄洪洞进口底高程为550.00m、控制断面尺寸为10m×9m，采用有压洞平面转弯龙落尾型明流隧洞的型式，泄洪洞采用护坡加预挖冲坑消能的布置方案。坝身还设有2个孔口尺寸3.80m×6.00m的放空底孔，孔底高程为490.00m，用于水库放空和后期导流的放空。

　　表孔泄量大、运行灵活、可局部开启，一般常遇洪水条件下，优先开表孔泄洪，其次为中孔，泄洪洞仅在表中孔泄流能力不足时启用，此时下游水垫深厚，消能安全有保障。

　　2.3 坝身孔口设计方案

　　2.3.1 孔口体形设计原则

　　坝身孔口设计与下游水垫塘消能设计密切相关，水垫塘的底板高程受表孔单独泄流控制，其长度受中孔单独泄流控制，水垫塘底板冲击压力是消能设计的关键控制指标。由于构皮滩水电站泄洪功率大，水垫塘单位水体消能率高，为避免能量叠加，减小水垫塘底板的冲击动水压力，均化水垫塘的消能负担，孔口体型设计采取“分散水舌、分区消能”的原则;同时考虑坝址河谷狭窄，为避免水舌干砸水垫塘边坡，在适当消能的同时尽量降低泄洪雾化影响，表中孔水舌遵循“适度碰撞”的原则进行设计[3]。

　　2.3.2 孔口布置方案

　　构皮滩水电站坝身6个表孔的孔口尺寸为12.00m×13.00m(宽x高)，堰顶高程为617.00m，中孔尺寸为7.00m×6.00m(宽x高)，出口平均高程为550.00m。中孔布置于表孔闸墩下方，其中心线与闸墩中心线重合。泄洪孔呈弧线布置，轴线半径R=350m。表、中孔平面总布置见图2。

　　2.3.3 孔口体形设计方案

　　(l)表孔体形设计。表孔堰顶高程617.00m，堰面采用WES曲线，堰面曲线方程为y=0.04187x1.85。1号和6号孔采用-20°挑角出流，2号和5号孔采用0°挑角出流，3号和4号孔采用-30°出流，各表孔的出口处布置了不同型式的分流齿坎，以扩散水舌进人垫塘的面积。表孔下游立视见图3。

　　(2)中孔体形设计。中孔为有压孔型式，弧形工作门布置在出口处，平板事故检修门布置于进口处，1，3，5，7号孔为平底出流，2，6号孔为25°挑角出流，4号孔为10°挑角出流，见图4，5。

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文章名称： 构皮滩水电站泄洪消能设计研究与运行检验

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