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水利水电工程布置设计论文

1工程案例概述

湘江长沙综合枢纽工程为梯级水库,是湘江干流航道发展规划之一,正常蓄水位为29.7m,库容为6.75亿m3,船闸设计通航船舶吨级为2000t,电站装机为57MW。湘江水量较为充沛,径流年际变化较大,而且年内分布不均,在枢纽工程河段年内水位变化幅度达14m。枢纽河段属于平原河流,河面较为宽广,河道略微弯曲,河流比降相对较小。

2枢纽布置方案

2.1枢纽平面布置方案

此工程枢纽布置,主要包括船闸(2000t级)、泄洪闸、水电站、鱼道等,为Ⅰ级工程,水工建筑物设计洪水标准为100a一遇、校核洪水标准为500a一遇。工程枢纽正常蓄水位与死水位为29.70m,对于船闸设计,按照20a一遇洪水位,来设计高水位,流量为21900m3/s,低水位按照P=98%水位来设计。船闸设置在蔡家洲左汊左侧岸边,电站设置在左汊右侧洲边,按照从左到右的顺序,来布设建筑物工程,包括双线船闸、排污槽、主泄水闸等,具体如图1所示。

2.2枢纽平面布置特点

2.2.1枢纽泄流能力强

水利水电工程枢纽泄流能力和工程坝址有直接关系,尤其是坝址河势与地形地貌等。此布置方案中,船闸上游引航道与导流堤设置位置为原左汊河道区域内的回流区,设置导流堤,能够有效的调顺水流,确保枢纽工程的泄流能力。按照100a一遇洪水标准,进行水工模拟试验,获得的壅高值为0.1m,泄洪能力较好[1]。

2.2.2通航条件较好

此枢纽工程坝址下游2km区域左岸存在支流沩水河,与湘江相汇,河宽为180m,2a一遇洪水流量为1580m3/s,10a一遇洪水流量为2750m3/s,20a一遇洪水流量为3350m3/s,出流和船闸连接段的航道交角为30°。此布置方案船闸通航条件试验结果表明,因为船闸上游引航道口门区和连接段缓流区,通航水流条件可以达到设计要求,干流流量Q干为19700m3/s时,纵向最大流速值为1.76m/s,横向最大流速值为0.28m/s,回流最大流速值为0.2m/s。干流流量为21900m3/s时,纵向最大流速值为1.79m/s,横向最大流速值为0.3m/s,回流最大流速值为0.25m/s。就下游引航道口门区和连接段航道来说,当湘江干流和支流沩水为正常遭遇时,若Q干<13500m3/s,可以满足船舶航行要求。若13500m3/s≤Q干≤21900m3/s,受到导流堤的影响,口门区域右侧航道内部横流较大,可以在左侧航线单线行驶。原方案存在导流堤堤头挑流明显与斜流大等问题,进行布置方案优化,改变船闸挑流堤平面型式,设置立式导流堤等,使得航道通航能力得以全面提升[2]。

2.3枢纽布置设计要点

结合长沙综合枢纽设置的位置,结合自然条件,在左汊主河道区域内来布置电站与船闸,从枢纽泄流能力与船闸通航条件等方面综合分析,将船闸设置在此侧,能够起到不错的效果。此梯级综合枢纽工程建设后,主要功能为发电、航运等,因此在设计时,要坚持确保船闸通航条件的原则,以及泄水闸泄洪能力的原则。当枢纽坝址所处的位置左右两汊道分流比相差较大,而且河底高程相差较大,为了能够确保枢纽工程的通航效果与发电效益,将船闸与电站等建筑物,给布置在主汊河道。为了保证枢纽工程下游河床的稳定性,在布置泄水闸孔时,最好能保证工程建设前后的分流比变化不大。若河流的含沙量较小,在主河道内顺河,来设置船闸引航道时,尽量把船闸设置在流速相对较小的河岸侧,以便发挥枢纽工程的泄流作用,确保船闸通航效果[3]。

3水利水电工程枢纽总体布置三维设计

3.1三维地形建模

基于布尔运算,进行后期三维模型设计,需要构建三维模型。借助三维设计技术,能够为水利水电工程枢纽总体布置,提供极大的便利。三维地形模型构建是基础,需要确保精度的准确性。通常水利水电枢纽工程布置区域较大,覆盖面较广,数据存储量大,会影响到三维地形模型构建的效果。基于此,在构建时,需要确保等高线精度,以确保建模的效果。

3.2枢纽布置模型设计

在进行水利水电工程枢纽布置设计时,对于大坝与电站厂房等,可以按照相关标准规范,来设计三维模型,采取参数化或者模板化方法来建模。利用CATIA软件,融合骨架设计思想,构建枢纽工程建筑物模型,进行数据转化,将数据信息导入到3D软件中,进行枢纽布置,也可以和施工总布置相互联合。利用3D设计技术,能够为水利水电工程枢纽布置设计,提供新的设计方法,能够极大程度上提升工作效率,降低设计误差。利用大数据信息与信息技术,来进行仿真模拟试验,可以及时优化设计缺陷,确保水利水电工程枢纽布置的合理性与科学性。

4结束语

水利水电工程枢纽布置设计,要从枢纽使用的功能分析,严格按照设计要求,把握布置设计原则,结合工程实际,做好充分的调查工作,制定不同的布置方案,做好对比分析,选择最为合适的布置方案,以确保工程建设的质量。

作者:喻尚伟 单位:长沙市水利水电勘测设计院

参考文献

[1]陈雷,宾洪祥,别大鹏,李文峰,姚晓敏.碾盘山水利水电工程枢纽布置设计[J].水利水电技术,2016(08):1~4.

[2]王小毛,郭艳阳,向光红.三里坪水利水电枢纽工程布置设计及研究[J].人民长江,2012(06):27~29+38.

[3]缪正建,王曙东.基于Civil3D的水利水电工程施工总布置三维设计[J].人民长江,2015(S1):137~138+144.

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