小灣水電站水力學原型觀測試驗方案研究

■李洪波，吳婷婷 ■華能瀾滄江水電有限公司小灣水電廠，云南 大理 675702

小灣水電站樞紐建筑物由混凝土雙曲拱壩、右岸地下引水發電系統和泄水建筑物組成。工程屬大Ⅰ型一等過程，永久性水工建筑物為一級建筑物。電站裝機容量4200MW，壩頂高程1245m，壩基最低高程953．0m，是目前世界上最高的混凝土拱壩之一。泄水建筑物由壩身5個開敞式泄洪表孔、6個泄洪中孔、2個放空底孔左岸1條泄洪洞、壩后水墊塘及二道壩等部分共同組成聯合泄洪消能系統，小灣水電站工程最大下泄流量為20700m3/s，最大水頭225m，相應下泄功率46060MW，高水頭大流量的泄洪消能和壩身泄洪振動問題十分突出。因此，對小灣水電站樞紐建筑物進行水力學原型觀測試驗是必要而緊迫的。而清晰明確的觀測方案對于水力學原型觀測試驗顯得更為重要。

1 觀測項目設計

小灣水電站水力學原型觀測主要進行泄洪洞水力學觀測、壩身表孔及其組合水力學觀測。泄洪洞的觀測項目主要有:出口挑坎水流及水舌形態、過流面不平整度調查、過流面空蝕空化、動水壓力、臨底流速、摻氣濃度、風速、空腔負壓、水面線等水力參數。溢流表孔的觀測項目主要有:溢流表孔水力參數、振動、水墊塘水力參數、兩岸霧化等水力參數。

2 觀測項目研究

小灣水電站水力學原型觀測試驗工況組合及對應觀測項目如表1所示。

表1 小灣水力學原型觀測工況組合及對應觀測項目

觀測要求:在水力學原型觀測試驗時，水流空化噪聲的采樣頻率應不低于500kHz，采集數據應進行時域分析、頻域分析及1/3倍頻程分析;脈動壓力的采樣頻率應不低于200Hz，采集數據應進行最大、最小、均方根、主頻、功率譜等分析;每種工況電測部分至少進行3次重復觀測，以保證數據的可靠性;實施觀測前后應分別進行系統初值與終值設定和校核;觀測系統應配備統一的時標信號，以保證相關測站觀測數據采集與分析的同步要求。

3 觀測資料處理

在水力學原型觀測試驗中，把各種隨機的水流現象看成是一個各態歷經的平穩的隨機過程，對它的數據處理采用各態歷經的平穩隨機數據處理方法進行。數據處理的內容應滿足對不同監測量的分析要求:(1)水下噪聲需作1/3倍頻程功率譜分析和時間波形分析，必要時還應進行互相關分析;(2)動水壓力需作時均值、標準差和功率譜分析;(3)水流流速、通氣井風速、摻氣濃度、空腔負壓、降雨量(電測部分)等需作時均值和標準差分析;(4)脈動需作時均值、標準差和功率譜分析，對觀測數據進行系統分析，并與模型試驗數據進行綜合對比。

資料分析應選取觀測工況下各參量的最大幅值、平均值和主要頻率及其功率譜曲線、典型波形曲線等，同時根據觀測成果對工程安全提出相關建議。觀測資料的整編分析和信息反饋應堅持“四隨”原則，即隨觀測、隨記錄、隨計算、隨校核。

具體操作流程見下圖1。

圖1 觀測資料整理、分析和反饋流程

4 結論

小灣水電站汛期泄流量大，本文推薦的水力學原型觀測方案目標明確，措施得當，能夠解決水力學原型觀測遇到的難題，提高通水力學原型觀測的質量，從而增強水力學觀測的效果。

［1］高儀生，汪世鵬，陳俊．隔河巖樞紐水力學原型觀測及檢查成果［J］．長江科學院院報，2003，5(10):18-20．

［2］林可冀劉永川．安康水電站泄水建筑物的水力學原型觀測［J］．水力發電 1999，1(1):12-17．