明渠截流折线形戗堤轴线的选择与研究(3)

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水电能源科学

３优化设计方案

３．１

方案选择

以优化截流水力学指标为目标，根据现场地

形地貌和交通运输条件，提出两种优化设计方案：①方案１。平抛方案。即利用８１交通桥和拆除二期上游围堰的渣料，在明渠中部实施平抛截流；②方案２。折线形戗堤轴线。即将戗堤轴线布置于导流明渠进口上游，使戗堤轴线与残留的二期上游围堰充分结合，龙口设置于明渠进口右边墙河道内侧，并在残留的二期上游围堰处作大石料裹头（图５）。

图５优化戗堤轴线

Ｆｉｇ．５

０ｐｔｉｍｉｚｅｄｃｌｏｓｕｒｅｄｉｋｅａｘｉｓ

方案１利用拆除二期上游围堰的渣料抛投，可节约部分导截流投资，但存在以下缺点：①平抛处明渠水流为急流且底板为混凝土，不利于抛投料稳定，流失量大；②４１交通桥宽度有限，达不到设计抛投强度；③８１交通桥与相应明渠底板高差大于３０ｍ，抛投料不易集中而流失。方案２戗堤轴线长度增加，相应理论抛投量增加，即预算投资增加，但却有如下优点：①用导流明渠右边墙充当挡水丁坝（使其担当类似双戗截流中的下戗堤作用），壅高龙口戗堤下游水位，从而减小截流落差；②使水流绕流流入下游明渠，增加了龙口水流流程，增大了水流沿程损失，减小水力坡降，降低龙口处截流水力学指标；③合龙龙口位于主河床，糙率较大，有利于抛投料稳定；④为二期上游围堰继续拆除提供较便利的交通条件，有利于加快施工进度。综上所述，确定方案２作为优化推荐方案。３．２优化推荐方案模型试验结果

对方案２进行物理模型试验，结果如图６所示。试验结果表明，当明渠流量为７９８ｍ３／ｓ时，

龙口宽度小于３０ｍ后石渣料开始流失并改用中

石料抛投；当龙口宽度为２５ｍ时，龙口形成倒三角，抛投料几乎无流失（图７）。龙口水流特征为：①水流横向流入龙口，龙口范围内水流紊动较大，

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图６龙口水力学指标（Ｑ＝７９８ｍ３／ｓ）

Ｆｉｇ．６

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ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｉｎｃＩｏｓｕｒｅｍｏｕｔｈ

图７龙口流态（Ｂ＝２５ｍ）

Ｆｉｇ．７

Ｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｏｆｃｌｏｓｕｒｅｍｏｕｔｈ

流速分布不均匀；②龙口内水流经过一次跌流，在

龙口下游和导流明渠右侧墙间形成回流区，回流对裹头堤脚稳定影响不大；③龙口水流经过明渠右边墙的壅水作用后逆向绕流入导流明渠，流量系数影响较大，通过龙口的流量明显降低。龙口范围内最大平均流速发生在倒三角龙口宽度２０ｍ时为４．４７ｍ／ｓ；最终落差５．４４ｍ，最大单宽功率４５．１７ｔ ｍ／（ｓ ｍ）。３．３试验结果对比分析研究

图８为方案２与原设计方案水力学指标对比。由图可看出，方案２龙口范围内平均流速、截流落差、单宽功率均小于原设计方案，尤其最大单宽功率仅为原设计方案的ｌ／２，达到了降低截流难度的目的。其原因为：①优化方案考虑导流明渠进口处实际地形，充分利用二期上游围堰和明渠右边墙的壅水作用，壅高龙口下游水位，减小了截流落差；②水流经过导流明渠右边墙的壅水和绕阻后，流程增加，增加了沿程水头损失；③龙口部位糙率大，抛投料更易稳定；④龙口段戗堤轴线方向与导流建筑物过流方向一致，增加了导流建筑物分流能力并降低了龙口过流量。

模型试验表明，相同流量下，原设计方案在截流最困难段需大量抛投大石料且流失量较大，而优化方案在龙口单宽功率最大时，用中石料和少量大石料抛投即能顺利截流，抛投料几乎无流失。虽然方案２比原设计方案的戗堤轴线约长３０％，

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