小湾水电站枢纽泄流雾化研究

    余记远+陈豪

    

    

    

    摘 要：本文根据小湾电站泄流雾化的原观资料，对低水位不同泄流工况产生雾化进行了分析，初步得出了低水位泄流时雾化影响范围和降雨强度，并针对本次原型观测中存在的问题进行了总结，为小湾水电站后续雾化研究提供了参考依据。

    关键词：小湾水电站 联合消能 降雨强度 泄流雾化

    概述

    小湾水电站位于云南省西部南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，在干流河段与支流黑惠江交汇处下游1.5km处，系澜沧江中下游河段规划八个梯级中的第二级。小湾水电站水库库容150亿m3，系澜沧江中下游河段的“龙头水库”，具有不完全多年调节能力。小湾水电站坝址区山高谷窄，最大泄流落差226.26m，最大泄流流量20683m3/s（校核洪水），相应下泄功率6400万kw，为世界同类坝型前列，其 “大泄量、高水头、窄河谷”的泄流消能问题突出，而且由坝体泄量约占枢纽泄洪总量的60%，因而随之产生的泄流雾化令人担忧。

    开展水力学原型观测试验受来水和电网调度影响较大，截止2013年汛期，小湾水电站在1100m、1127.82m低水位时开展了两次原型观测。坝身导流期水力学原型观测工况下主要开展了坝身导流中底孔、放空底孔、坝后水垫塘的流态、动水压力、底流速、震动、空穴监听及泄流雾化等水力学观测项目，本文重点研究泄流时产生的雾化降雨情况，分析雾化降雨强度和降雨量纵、横向分布。雾化分级依据南京水科院泄流雾化分级表1。

    表1 南京水科院泄流雾化分级表

    泄流雾化的初步观测成果

    1、雾化观测方法

    泄流雾化观测以人工测量、摄像和照相三种方法相结合的方式进行。在正式观测前，观察确定雾化观测点范围和布点位置。测点重点布置在下游公路、两岸边坡、电站的进厂公路上。雾化雨量测量时使用雨量桶进行，在闸门开启前，将雨量桶布置在需要测量的位置，闸门开启后，观察雾化的区域，并根据雾化的区域，最终确定雨量桶放置的位置，并做好记号。正式测量开始前，雨量桶盖始终关闭，当闸门打开到所测量工况并稳定后，打开雨量桶盖并记录雨量桶打开的时间，当测量一段时间后，关闭雨量桶盖，并依次记录每个桶盖子关闭的时间，把雨量桶移出雾化区，测量降雨量。同时，根据先前每个雨量桶的位置记号，测量雨量桶的坐标。

    雾化观测时，同时对观测区内的自然气象和泄流条件下的风向、风速进行观测，以综合分析描述泄流雾化区的范围及扩散趋势，与其地形条件、自然气象条件及泄流流量等因素的影响关系。通过摄像和照相的方式，记录水舌雾化纵向和横向扩散的范围，分析研究雾化的影响范围。

    2、雾化观测实况

    2.1导流中孔局部开启的雾化观测

    水位1100m时，1#、2#、3#孔导流中孔每个闸门均局部开启2.5m，总泄流量为1250m3/s。雾化测点在左岸1020m平台A区布置15个测点，1035m平台B区布置7个测点，右岸1020m平台A区布置17个测点，1030m平台B区布置10个测点。典型测点雾化测量结果见表2。

    表2 库水位1100m雾化典型测点统计表

    由表2可知，左岸▽1020m坝后150m区域内监测点降雨量最大为12.37mm/h，最小为3.28mm/h，此区域降雨强度较大，根据南京水科院对雾化进行的分级，此区域雾化强度等同于天然大暴雨或者特大暴雨。左岸▽1035m平台基本无降雨，受雾化影响很小；右岸▽1020m坝后150m区域内监测点降雨量最大为12.56mm/h，最小为3.39mm/h，坝后150m区域外降雨量逐渐减小，其雾化强度等同于天然大暴雨或者特大暴雨。右岸▽1030m平台降雨量较小，受雾化影响较小。由上可知，当导流中孔单独泄流时，雾化区主要集中在坝后150m以内及1030m高程以下，此区域雾化强度等同于天然大暴雨，在1020m平台上人穿雨衣基本上可以通行。

    2.2导流中孔、放空底孔联合泄流的雾化观测

    水位1127.82m时，观测工况如表3 所示。在左岸1020m平台A区布置11个测点，1035m平台B区布置7个测点。右岸1020m平台A区布置16个测点，1030m平台B区布置11个测点，1060m平台C区布置5个测点。典型测点雾化测量结果见表4。

    表3 库水位1127.82m观测工况

    表4 库水位1128m雾化典型测点统计表

    根据表4得到，两种工况下左岸▽1020m平台降雨强度集中在坝后250m区域内，最大降雨强度达331.12mm/h，此区域降雨强度大于特大暴雨，从坝后250m后开始，降雨强度逐渐减小，坝后337m处测点观测时间内基本没有接到雨水，250m～330m之间区域降雨强度等同于天然大暴雨。

    建议及意见

    通过本次原型观测，初步得出了低水位泄流时雾化影响范围和降雨强度，但也暴露出一些问题，针对这些问题，提出如下意见和建议：

    泄流雾化原型观测的主要内容包括泄流雾化降雨、泄流雾化浓度及雾化流运动扩散的形态范围等，由于本次原观水位低，下泄流量小，工况简单，未对雾化浓度及雾化流动扩散的形态范围作深入研究，建议高水位泄洪表、中孔及泄洪洞泄流时，增加上述两个方面的观测内容。

    本次观测水位较低且工况简单，雾化影响范围较小，降雨强度相对较低，但坝后300m范围内降雨强度远大于特大暴雨，人员及车辆在此范围内活动比较危险。本次雾化观测主要采用人工测量，不同工况联合泄流时雾化将愈加严重，安全隐患会较大，建议后续的雾化观测采用自动化测量装置。

    考虑到后续观测工况水位高，泄流表、中孔泄流时雾化影响范围广，降雨强度大，风速较高等特点，应根据本次原型观测的结果和经验，有针对性的布置监测点。

    参考糯扎渡、二滩等水电工程泄流洞泄流的雾化情况，建议重点对泄流中、表孔联合泄流、泄流洞泄流等工况的风速、风向做重点测量，以确定泄流雾雨的漂移扩散方向。同时应解决在不关闭闸门情况下不同工况转换时自动化测量设备工作的连续性、稳定性。

    小湾坝址区地形条件复杂，制定边坡绿化方案时应充分考虑泄流雨雾影响。

    结语

    通过泄流雾化观测试验，初步得出了小湾水电站泄流的雾化降雨强度及影响范围，虽然本次观测坝前水位较低，泄洪工况较为简单，但通过本次原型观测，为今后小湾水电站高水位复杂工况下开展泄流雾化原型观测提供了宝贵的经验和参考依据。

    参考文献：

    [1] 周辉，吴时强，陈惠玲.泄洪雾化的影响及其分区和分级防护初探.

    [2] 小湾水力学原型观测报告.中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院科学研究分院.

    （作者单位：华能澜沧江水电有限公司）