贛江井岡山航電樞紐泄洪調度模型試驗研究

鄧冊 江西省路港工程有限公司

王志鵬 江西省港航建設投資集團有限公司

1.引言

贛江井岡山航電樞紐主要由通航建筑物、電站廠房、泄水建筑物、過魚建筑物、兩岸擋水建筑物和右岸防護堤等組成，工程等級為二等1。樞紐具有洪水流量大，水庫庫容小，河谷寬淺，河流坡降小等特點。泄水建筑物采用混凝土平底閘型式，閘孔凈寬20.0m，閘墩厚3.0m，閘室寬度為36.0m，共23孔。根據導流需要由泄水閘隔堤分隔為左區8孔閘段和右區15孔閘段，總長為535.0m。左區8孔泄水閘在船閘和泄水閘隔堤之間，右區15孔泄水閘在泄水閘隔堤和廠閘導墻之間。

根據工程布置特征（見圖1），泄水閘采用底流消能方式，消力池底板高程為56m，泄水閘上游隔堤頂高程為67.5m、長為110m進行布置。建立水工模型試驗2，分析本樞紐泄流能力及導墻、隔流堤的水位差值特征，并根據分析提出優化方案。

2.模型試驗方案與泄流分析

本水工模型比尺為1：100，模型中的泄水閘、電站系統采用有機玻璃按幾何相似模擬制作。模型上游進口前設置電磁流量計控制流量，沿程設置水位測站，下游2500m處的水尺為模型控制水位站，由尾水閘門調節水位。

2.1 試驗工況

根據工程調度運行可能采取的方案，樞紐泄洪能力試驗包括23孔敞泄、右15孔敞泄和左8孔敞泄運行方式。23孔敞泄流量由大到小分別為26100m3/s、24400m3/s、20400m3/s、18600m3/s、17300m3/s、16100m3/s、14100m3/s、11800m3/s、10000m3/s、8000m3/s和6000m3/s，共11組工況；右區15孔敞泄流量從18600m3/s至8000m3/s分級試驗，共7組工況；左區8孔敞泄流量從10000m3/s至4000m3/s分級試驗，共6組工況。試驗時電廠關閉，下游控制水位采用閘后2500m天然河道計算水位值控制，并觀測記錄閘前1200m、5m和電站前測站水位。

2.2 泄流能力分析

通過模型試驗，分析泄水閘23孔、右區15孔及左區8孔敞泄時流量與水位的關系，如圖2所示。由圖得知，在上述三種敞泄條件中，閘前與電站前的水位均隨流量增加而增大，并且在相同水位下，23孔敞泄時流量最大，左8孔敞泄時流量最小，由此得知，泄流能力：23孔敞泄能力大于右15孔敞泄，右15孔敞泄能力大于左8孔敞泄。在左8孔單獨敞泄時，因閘前上游隔堤對水流約束作用明顯，右側兩孔形成回流，閘前5m和電站前的跌水與涌浪較大，水流流態及水位均不穩定，該處測站水位波動較大難以記錄，故該處水位不作記錄與分析。

2.3 導墻與隔堤水位差分析

圖1 井岡山航電樞紐總體布置

圖2 樞紐泄流時流量～水位曲線

圖3 樞紐泄流時流量～水位差曲線

表1 船閘上游引航道導墻內外水位差

根據泄流模型試驗，得知在各工況條件下，廠閘導墻、泄水閘隔堤以及上游航道導墻兩側均存在水位差。由圖3得知，23孔敞泄時，泄水閘隔堤兩側水位差基本控制在1.1m范圍內，船閘上游引航道導墻兩側水位差控制在0.5m范圍內，泄流穩定，泄流對隔堤及上游引航道導墻影響較小。右區15孔敞泄時，上游引航道導墻兩側水位差也較小，控制在0.25m以內；當泄洪流量小于8000m3/s（中洪水）時，泄水閘隔堤水位差不超過1m，說明中洪水期間，右區15孔敞泄穩定，泄流對隔堤及上游引航道導墻影響也較小。左區8孔敞泄時，當流量達到4000m3/s時，泄水閘隔堤兩側水位差就超過了2.5m，上航道導墻水位差超過1.2m，并且水面跌落明顯，水流涌浪大，對泄水閘隔堤及上游引航道導墻的穩定性存在一定影響，特別是對上游引航道導墻（空箱體結構）的影響。因此，在左區8孔泄水閘單獨敞泄時，需對泄流布置作一定優化，原則上不建議左區8孔泄水閘單獨泄流運行。

3.泄流布置優化分析

根據左區8孔泄水閘敞泄試驗，泄水閘上游堤頭繞流造成閘前跌水較大，在船閘上游引航道導墻內外形成較大水頭差，影響閘孔泄流能力以及船閘導墻穩定。試驗對泄水閘上游隔堤布置進行優化，優化方案及試驗工況如下所示。

（1）導流優化方案：①頂高程67.5m，長110m；②頂高程61.5m和67.5m組合，前段頂高程61.5m，后段頂高程67.5m，各長55m；③頂高程61.5m，長110m；④頂高程61.5m，長55m。

（2）試驗流量：①10000m3/s；②8000m3/s；③6650m3/s；④6090m3/s；⑤5800m3/s；⑥4400m3/s；⑦4000m3/s。

3.1 船閘上游引航道導墻內外水位差分析

為比較與分析各導流優化方案條件下左區8孔泄水閘泄流能力和上游引航道導墻內外水位情況，試驗設斷面觀測上游引航道內、外水位數值，再計算上游引航道導墻內外水位差值，見表1。

從表1可知，上游引航道導墻內外水位差主要集中在閘前0m至290m區間內。在同級流量下，上游引航道導墻內外水位差隨泄水閘隔堤高程降低、長度縮短而下降，從而有利于提高船閘導墻的穩定性。綜上所述，建議上游泄水閘隔堤最終按頂高程61.5m，長度為55m的方案進行優化布置。

4.結論

（1）通過水工模型試驗可知贛江井岡山航電樞紐23孔泄水閘敞泄時泄流能力最強，右區15孔敞泄能力次之，左區8孔敞泄能力最弱。

（2）根據泄流方案中泄水閘隔堤與船閘上游引航道導墻的水位差值特征分析，泄水閘23孔敞泄時，閘前隔堤和上游引航道導墻的水位差最小、左區8孔敞泄時最大；左區8孔敞泄因集中出流影響，上游引航道導墻和泄水閘隔堤兩側水位差值大，水面跌落明顯、涌浪大，敞泄泄流能力和上游引航道導墻穩定性均受影響。

（3）隨著泄水閘上游隔堤頂高程降低及長度縮短，左區8孔泄水閘的敞泄能力有所改善，上游引航道導墻穩定性也能得以保證。