水利水電工程佈置設計的論文
1工程案例概述
湘江長沙綜合樞紐工程爲梯級水庫,是湘江干流航道發展規劃之一,正常蓄水位爲29.7m,庫容爲6.75億m3,船閘設計通航船舶噸級爲2000t,電站裝機爲57MW。湘江水量較爲充沛,徑流年際變化較大,而且年內分佈不均,在樞紐工程河段年內水位變化幅度達14m。樞紐河段屬於平原河流,河面較爲寬廣,河道略微彎曲,河流比降相對較小。
2樞紐佈置方案
2.1樞紐平面佈置方案
此工程樞紐佈置,主要包括船閘(2000t級)、泄洪閘、水電站、魚道等,爲Ⅰ級工程,水工建築物設計洪水標準爲100a一遇、校覈洪水標準爲500a一遇。工程樞紐正常蓄水位與死水位爲29.70m,對於船閘設計,按照20a一遇洪水位,來設計高水位,流量爲21900m3/s,低水位按照P=98%水位來設計。船閘設置在蔡家洲左汊左側岸邊,電站設置在左汊右側洲邊,按照從左到右的順序,來佈設建築物工程,包括雙線船閘、排污槽、主泄水閘等,具體如圖1所示。
2.2樞紐平面佈置特點
2.2.1樞紐泄流能力強
水利水電工程樞紐泄流能力和工程壩址有直接關係,尤其是壩址河勢與地形地貌等。此佈置方案中,船閘上游引航道與導流堤設置位置爲原左汊河道區域內的迴流區,設置導流堤,能夠有效的調順水流,確保樞紐工程的泄流能力。按照100a一遇洪水標準,進行水工模擬試驗,獲得的壅高值爲0.1m,泄洪能力較好[1]。
2.2.2通航條件較好
此樞紐工程壩址下游2km區域左岸存在支流潙水河,與湘江相匯,河寬爲180m,2a一遇洪水流量爲1580m3/s,10a一遇洪水流量爲2750m3/s,20a一遇洪水流量爲3350m3/s,出流和船閘連接段的航道交角爲30°。此佈置方案船閘通航條件試驗結果表明,因爲船閘上游引航道口門區和連接段緩流區,通航水流條件可以達到設計要求,幹流流量Q幹爲19700m3/s時,縱向最大流速值爲1.76m/s,橫向最大流速值爲0.28m/s,迴流最大流速值爲0.2m/s。幹流流量爲21900m3/s時,縱向最大流速值爲1.79m/s,橫向最大流速值爲0.3m/s,迴流最大流速值爲0.25m/s。就下游引航道口門區和連接段航道來說,當湘江干流和支流潙水爲正常遭遇時,若Q幹<13500m3/s,可以滿足船舶航行要求。若13500m3/s≤Q幹≤21900m3/s,受到導流堤的影響,口門區域右側航道內部橫流較大,可以在左側航線單線行駛。原方案存在導流堤堤頭挑流明顯與斜流大等問題,進行佈置方案優化,改變船閘挑流堤平面型式,設置立式導流堤等,使得航道通航能力得以全面提升[2]。
2.3樞紐佈置設計要點
結合長沙綜合樞紐設置的位置,結合自然條件,在左汊主河道區域內來佈置電站與船閘,從樞紐泄流能力與船閘通航條件等方面綜合分析,將船閘設置在此側,能夠起到不錯的效果。此梯級綜合樞紐工程建設後,主要功能爲發電、航運等,因此在設計時,要堅持確保船閘通航條件的'原則,以及泄水閘泄洪能力的原則。當樞紐壩址所處的位置左右兩汊道分流比相差較大,而且河底高程相差較大,爲了能夠確保樞紐工程的通航效果與發電效益,將船閘與電站等建築物,給佈置在主汊河道。爲了保證樞紐工程下游河牀的穩定性,在佈置泄水閘孔時,最好能保證工程建設前後的分流比變化不大。若河流的含沙量較小,在主河道內順河,來設置船閘引航道時,儘量把船閘設置在流速相對較小的河岸側,以便發揮樞紐工程的泄流作用,確保船閘通航效果[3]。
3水利水電工程樞紐總體佈置三維設計
3.1三維地形建模
基於布爾運算,進行後期三維模型設計,需要構建三維模型。藉助三維設計技術,能夠爲水利水電工程樞紐總體佈置,提供極大的便利。三維地形模型構建是基礎,需要確保精度的準確性。通常水利水電樞紐工程佈置區域較大,覆蓋面較廣,數據存儲量大,會影響到三維地形模型構建的效果。基於此,在構建時,需要確保等高線精度,以確保建模的效果。
3.2樞紐佈置模型設計
在進行水利水電工程樞紐佈置設計時,對於大壩與電站廠房等,可以按照相關標準規範,來設計三維模型,採取參數化或者模板化方法來建模。利用CATIA軟件,融合骨架設計思想,構建樞紐工程建築物模型,進行數據轉化,將數據信息導入到3D軟件中,進行樞紐佈置,也可以和施工總佈置相互聯合。利用3D設計技術,能夠爲水利水電工程樞紐佈置設計,提供新的設計方法,能夠極大程度上提升工作效率,降低設計誤差。利用大數據信息與信息技術,來進行仿真模擬試驗,可以及時優化設計缺陷,確保水利水電工程樞紐佈置的合理性與科學性。
4結束語
水利水電工程樞紐佈置設計,要從樞紐使用的功能分析,嚴格按照設計要求,把握佈置設計原則,結合工程實際,做好充分的調查工作,制定不同的佈置方案,做好對比分析,選擇最爲合適的佈置方案,以確保工程建設的質量。
作者:喻尚偉 單位:長沙市水利水電勘測設計院
參考文獻
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