亭子口水利枢纽底孔泄洪消能体型设计研究.pdfVIP

第42卷 第 15期 人 民 长 江 Vo1．42，No．15 20 11年 8月 Yangtze River Aug．， 2011 文章编号：1001—4179(2011)15—0018一O3 亭子 口水利枢纽底孔泄洪消能体型设计研究 职 承 杰 ，洪 启 田 ，薛 维 成 ，曾令 华 (1．长江勘测规划设计研究院 枢纽设计处，湖北 武汉 430010； 2．武警水 电三峡工程指挥部，湖北 宜 昌430223) 摘要：亭子 口大坝底孔设计运行水头为国内最高，底孔有压段出口处存在高水头弧形闸门止水问题，明流段及 消力池 内也存在高速水流下的空化空蚀 问题 。为解决上述 问题 ，对底孔体型及消能工型式进行 了深入研究， 弧形工作 闸门区采用突扩突跌掺气体型以满足闸门止水和掺气减蚀要求 ；消能工采用跌坎式消力池，以降低 闸墩尾部立轴漩涡对跌坎立面和消力池底板 的空蚀破坏，同时消力池 内临底流速得 以大幅降低 ，使底板发生 冲蚀破坏的可能性大大减小。经模型试验验证 ，底孔泄洪消能体型设计能够满足工程运用要求。 关 键 词 ：底孔 ；突扩 突跌 ；跌坎式；体型 ；亭子 口水利枢纽 中图法分类号 ：TV135 文献标志码 ：A 亭子 口水利枢纽底孑L设计运行水头国内领先。5 亭子口水利枢纽泄洪底孔弧形工作门区存在高速 个永久性泄洪底孔布置于河床 中部 ，承担着泄洪、排沙 水流下 的空化 空蚀 问题和 高水头弧形 闸 门止水 问 等工程任务 ，孑L口尺寸为6m×9m(宽 ×高)，底孔设 题 ¨，所以出口弧形工作 闸门区采用突扩突跌掺气体 计工况下水头 87．30m，总泄量 9700m ／s；校核工况 型 ，既达到掺气减蚀的 目的，同时也能够适应高水 下水头89．07m，总泄量达 9800m ／s。孔 口尺寸大 、 头弧形闸门布设偏心铰或液压伸缩式止水的要求。 水头高、流速大 、闸门调度频繁、运行时间长等特点给 1．2 突扩突跌掺气体型 设计带来较大困难。 弧形工作闸门开启时，水流出有压段后 ，向左右两 侧及底部扩散，在两侧突扩边墙后形成侧空腔，在底板 1 底孔孔口体型研究 突跌后形成底空腔。理想的突扩突跌掺气体型是两侧 1．1 基本布置 空腔和底空腔内的流态均稳定且相互贯通，可同时对 底孔进 口有压段分有压短管和有压长管两种型 边墙及底板起到掺气减蚀保护作用。 式 ，从工程布置、造价、工期和简化施工等方面进行了 (1)突扩宽度。突扩宽度一方面要满足弧形工作 比较分析 ，确定底孔进 口采用有压短管型式 ，见 图 1。 闸门止水布置要求 ，同时又要能保证形成稳定的侧空 有压段长度29．50m，布置3道闸门，即进 口反钩检修 腔 ，达到理想的掺气效果。突扩宽度直接影响到侧空 门、中部平板事故检修门、出口弧形工作门。底孑L采用 腔特性，一般来说突扩宽度大，侧空腔特性稳定，掺气 平进 口，孔 口尺寸 6m ×9m(宽 ×高)，共 5孔。进 口 减蚀效果就好。根据国内外工程采用的突扩体型，其 顶曲线及侧曲线均采用 1／4椭圆线，顶 曲线长轴 12．3 突扩宽度一般在0．4～0．8m ，结合工程具体情况综 m，短轴4．1m；侧 曲线长轴4．5m，短轴 1．5m，后设孔 合考虑 ，本工程底孔突扩宽度采用0．5m。模型试验 顶压坡段 ，与出口明流段相接。事故检修 门前孔顶压 成果表明：水流出有压段后，左右侧约束消失，产生横 坡坡比1：5，事故检修 门与弧形工作 门间孔顶压坡坡 向扩散 ，形成 了稳定的侧空腔流态，水流撞击侧墙后 ，