在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法
【專利摘要】在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其技術(shù)方案是：在橫向攔沙坎和/或縱向攔沙坎上開設(shè)分流孔，所述分流孔的孔頂高程≤溢流堰堰頂高程，截流時(shí)，分流孔在溢流堰分流過水前開始分流過水，進(jìn)入分流孔的水直接流入下游河道或經(jīng)過水建筑物（例如廠房壩段底部修建的沖沙廊道）進(jìn)入下游河道。該方法能減小高難度截流分期截流的龍口流量，特別是在截流困難期減小龍口流量、落差和單寬功率，從而減少截流材料流失率，保障截流安全性和成功截流，提高截流工程的經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利水電工程中的截流【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于分期導(dǎo)流，高水力學(xué)參數(shù)的截流分流方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水利工程建設(shè)中，截流決定了整個(gè)工程的建設(shè)時(shí)間，是建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)。對于高難度截流的判別指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)為:高流速(流速大于6m/s)，大落差(落差大于6m)，大單寬功率(單寬功率大于80t.m/m.s)。對于小于該標(biāo)準(zhǔn)一般截流工程而言，可采用常規(guī)截流方法輔以龍口加糙、平立堵等措施即可減小截流難度，保證截流成功。對于單個(gè)指標(biāo)超標(biāo)5%?10%的工程而言，可通過上游電站控泄，通過專利ZL201010129949.3所述的折線戧堤進(jìn)行截流。但對于分流建筑物分流條件較差的截流工程，在上游水位達(dá)到分流建筑物過流高程之前，分流建筑物無法有效分流，因而截流過程中，在截流困難期時(shí)各判別指標(biāo)均超過標(biāo)準(zhǔn)10%，甚至有的指標(biāo)會超出標(biāo)準(zhǔn)20%以上。此時(shí)采用折線戧堤會導(dǎo)致高速水流淘刷戧堤下游坡腳，導(dǎo)致戧堤轉(zhuǎn)折處坍塌，威脅人機(jī)安全，截流無法順利進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，以減小高難度截流分期截流的龍口流量，特別是在截流困難期減小龍口流量、落差和單寬功率，從而減少截流材料流失率，保障截流安全性和成功截流，提高截流工程的經(jīng)濟(jì)性。
[0004]本發(fā)明所述在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其技術(shù)方案是:在橫向攔沙坎和/或縱向攔沙坎上開設(shè)分流孔，所述分流孔的孔頂高程<溢流堰堰頂高程，截流時(shí)，分流孔在溢流堰分流過水前開始分流過水，進(jìn)入分流孔的水直接流入下游河道或經(jīng)過水建筑物(例如廠房壩段底部修建的沖沙廊道)進(jìn)入下游河道。
[0005]上述截流分流方法，所述分流孔可以有多種形狀，但從施工的角度考慮，優(yōu)選矩形孔(含正方形孔)和橢圓形孔(含圓形孔)。若分流孔為矩形孔，所述矩形孔的高度為h，寬度為I, Im < h < 10m,h: 1=1: (0.4?2.5)。若分流孔為橢圓形孔,所述橢圓形孔的第一軸長度為a,第二軸長度為c, Im < a < 10m, a: c=l: (0.4?2.5)。
[0006]關(guān)于分流孔的尺寸和在攔沙坎上的開設(shè)位置主要根據(jù)分流量、分流孔后過流建筑物最大過流能力、攔沙坎前泥沙分布以及后期分流孔的封堵難度確定。當(dāng)分流孔下游過流量受到?jīng)_沙廊道或?qū)Я鞯卓卓刂茣r(shí)，需根據(jù)沖沙廊道或?qū)Я鞯卓椎倪^流能力確定分流孔尺寸，分流孔過流能力應(yīng)與沖沙廊道或?qū)Я鞯卓走^流能力相匹配。當(dāng)分流孔后部無控制過流建筑時(shí)，分流孔應(yīng)選擇較大尺寸，以增大分流能力。
[0007]為了防止泥沙對分流孔的堵塞，所述分流孔底部高程應(yīng)大于截流時(shí)段分流孔底部處所堆積泥沙的最高高程，且分流孔底部高程與分流孔底部處所堆積泥沙的最高高程之間的高程差d=0.5m?2m。[0008]上述截流分流方法，在同一道攔沙坎上開設(shè)兩個(gè)或兩個(gè)以上分流孔時(shí)，相鄰分流孔之間的間距b=lm?5m，以保證分流時(shí)的穩(wěn)定性。實(shí)際應(yīng)用中需考慮過流流量及穩(wěn)定性選擇分流孔個(gè)數(shù)。
[0009]上述截流分流方法，同一道攔沙坎上開設(shè)的分流孔形狀和尺寸最好相同。
[0010]采用本發(fā)明所述方法，截流時(shí)，隨著上游水位的上升，分流孔在溢流堰分流過水前開始分流過水，進(jìn)入分流孔的水直接流入下游河道，或利用已建成沖沙廊道或預(yù)留底孔進(jìn)入下游河道。此時(shí)為無壓出流，流量隨水位的增長較快，過流能力較強(qiáng)，能快速減小龍口流量。當(dāng)水位高過分流孔孔頂時(shí)，分流孔為有壓過流，同時(shí)溢流堰開始過流，兩者共同分流，快速減小龍口流量，落差和單寬功率，縮短截流困難期持續(xù)時(shí)間。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012]1、由于本發(fā)明方法在橫向和/或縱向攔沙坎上開設(shè)分流孔，且分流孔的孔頂高程<溢流堰堰頂高程，截流時(shí)，分流孔在溢流堰分流過水前開始分流過水，當(dāng)水位高過分流孔孔頂時(shí)，分流孔和溢流堰兩者共同分流，因而對于高難度截流工程(流速大于6m/s，落差大于6m，單寬功率大于80t *m/m.s)，可有效減小截流困難期內(nèi)龍口流量、落差和單寬功率等水力學(xué)指標(biāo)，從而減小截流材料使用量和流失率，減小截流材料備料方量，縮短截流困難期時(shí)間，保障截流的安全性和順利進(jìn)行(截流困難期內(nèi)龍口流量可減小40%?70%，龍口最大流速減小15%?20%，龍口落差減小5%?15%，龍口最大單寬功率減小25%?40%，截流材料總流失率減小達(dá)38.8%?66.76%，見各實(shí)施例和對比例)；對于部分需要上游梯級電站進(jìn)行控泄的工程，可以縮短截流時(shí)間，達(dá)到縮短上游控泄時(shí)間，提高工程經(jīng)濟(jì)性。
[0013]2、本發(fā)明方法中分流孔的孔頂高程 < 溢流堰堰頂高程，有利于上游水位達(dá)到溢流堰頂高程后，充分發(fā)揮溢流堰分流作用。
[0014]3、本發(fā)明方法特別適用于分期導(dǎo)流建筑物后期截流，能夠充分利用已建成沖沙廊道或預(yù)留底孔進(jìn)行分流，并且可靈活選擇合適的開孔位置和分流孔的類型，減小后期封堵難度，方法簡單，施工容易，實(shí)用性強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為在縱向攔沙坎上設(shè)有分流孔的分期截流工程布置圖。
[0016]圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0017]圖3為圖1的B-B剖視圖。
[0018]圖4為在橫向攔沙坎上設(shè)有分流孔的分期截流工程布置圖。
[0019]圖5是圖4的C-C剖視圖。
[0020]圖6為在橫向和縱向攔沙坎上都設(shè)有分流孔的分期截流工程布置圖。
[0021 ] 圖7為圖6的A-A剖視圖。
[0022]圖中，I—河岸、2—戧堤、3—明渠導(dǎo)流墻、4—溢流堰、5——截流明渠、
6——橫向攔沙坎、7——分流孔、8——縱向攔沙坎、9——廠房壩段、10——沖沙廊道或預(yù)留底孔，11 一截流時(shí)段分流孔底部處所堆積泥沙的最高高程線、h—矩形分流孔高度、I——矩形分流孔寬度、a—橢圓形分流孔第一軸長度、c一橢圓形分流孔第二軸長度、b——相鄰分流孔之間的間距?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖通過實(shí)施例對本發(fā)明方法作進(jìn)一步說明。
[0024]實(shí)施例1和對比例I的工程概況如下:
[0025]某電站采用分期導(dǎo)流，其三期為明渠截流，截流流量650m3/s，該電站導(dǎo)流明渠底板高層982m，溢流堰頂高程994m，兩者高差達(dá)到12m，三期截流時(shí)，需要龍口合龍到一定范圍、水庫水位壅高達(dá)到溢流堰堰頂高程后，溢流堰才能發(fā)揮分流作用。該工程高落差、大流速并存，截流拋投強(qiáng)度高，拋投料流失率大，具有一定截流失敗風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)工程截流受到地形影響，無法采用明渠底板加糙技術(shù)，且無條件布置雙戧堤，致使其流速達(dá)到10.0lm/s、落差高達(dá)7.6m、單寬功率達(dá)到240t.m/(s.m)，截流難度較大。該工程已建成有沖沙廊道。
[0026]針對上述工程，進(jìn)行了以下兩種截流分流的模擬試驗(yàn):
[0027]實(shí)施例1
[0028]本實(shí)施例采用直線型戧堤2，在縱向攔沙坎8上設(shè)置了兩個(gè)矩形分流孔7，如圖1、圖2、圖3所示，兩個(gè)分流孔的尺寸相同，高度h=10m，寬度l=4m，高度與寬度之比為1:0.4，兩分流孔之間的間距b=lm。由分流孔底部處所堆積泥沙的最高高程為982m，因而將分流孔底部高程設(shè)計(jì)為984m，使分流孔底部高程與分流孔底部處所堆積泥沙的最高高程之間的高程差d=2m。
[0029]試驗(yàn)結(jié)果:當(dāng)龍口寬度為50m時(shí)，上游水位即達(dá)到984.69m，分流孔開始分流過水，達(dá)到了提前分流的效果。截流最困難時(shí)期出現(xiàn)在龍口寬度為20?15m時(shí)，此時(shí)分流孔流量達(dá)到295m3/s，而龍口流量僅為220m3/s，最大流速為8.36m/s，落差為6.92m，單寬功率最大值為165.98t.m/(s.m)。在該流量下其截流總流失率僅為10.2%，人工截流材料流失率僅為
8.7%，截流備料4.3萬方，截流時(shí)間為44小時(shí)。
[0030]對比例I
[0031]本對比例采用折線形戧堤，未在攔沙坎上設(shè)置分流孔。
[0032]試驗(yàn)結(jié)果:截流困難期為龍口寬度30m?15m時(shí)，此時(shí)溢流堰開始過流，流量為80m3/s,龍口流量570m3/s，最大流速高達(dá)9.93m/s，落差達(dá)到7.54m,單寬功率高達(dá)234t.m/(s.m)，其截流總流失率達(dá)到47.5%，人工截流材料流失率達(dá)到39.47%，備料方量為9.02萬方，上游控泄時(shí)間為66小時(shí)。同時(shí)折線形戧堤轉(zhuǎn)彎處崩塌明顯，且折線形戧堤軸線較長，這意味著截流時(shí)間的增長，會導(dǎo)致上游控泄、機(jī)組閑置時(shí)間延長，工程代價(jià)高。
[0033]實(shí)施例2和對比例2的工程概況如下:
[0034]某電站為低壩電站，施工中采用分期導(dǎo)流，其最后一期為河床截流，截流流量270m3/s,該電站河床高程為574m，考慮到庫區(qū)淤積，故將溢流堰高程定為584m，兩者高差達(dá)到10m，同時(shí)由于施工進(jìn)度導(dǎo)致其分流建筑物單一，但電站廠房壩段預(yù)留過流底孔。
[0035]針對上述工程，進(jìn)行了以下兩種截流分流的模擬試驗(yàn):
[0036]實(shí)施例2
[0037]本實(shí)施例中，分流孔的設(shè)置如圖4、圖5所示，在橫向攔沙坎6上開設(shè)了一個(gè)分流孔7，分流孔為矩形孔，矩形孔的高度h=2.5m,寬度l=lm，高度與寬度之比為1:0.4，估計(jì)該河流后期分流孔底部處所堆積泥沙的最高高程值為578m，故將分流孔底部高程設(shè)計(jì)為578.5m，使分流孔底部高程與分流孔底部處所堆積泥沙的最高高程之間的高程差d=0.5m。
[0038]試驗(yàn)結(jié)果:截流困難期為15?IOm時(shí)，截流過程中沖沙廊道最大過流量為105m3/S，龍口流量僅為110m3/S，最大流速為6.12m/s，落差為6.73m，單寬功率最大值為92.7t.m/(s.m)，截流材料總流失率僅為20.29%，其中人工截流材料流失率為12.12%，截流備料3.4萬方，截流時(shí)間為27小時(shí)。
[0039]對比例2
[0040]采用傳統(tǒng)直線型戧堤截流，未在攔沙坎上設(shè)置分流孔。
[0041]試驗(yàn)結(jié)果:截流困難期為龍口寬度20m?15m時(shí)，此時(shí)龍口流量達(dá)365m3/s，最大流速高達(dá)7.45m/s,落差達(dá)到7.22m,單寬功率高達(dá)147t.m/ (s.m)，截流材料總流失率高達(dá)70%，其中人工截流材料流失率達(dá)到70.2%，同時(shí)需要更高的截流拋投強(qiáng)度及更多的人工截流材料，備料方量為4.2萬方，經(jīng)濟(jì)性較低，截流時(shí)間為36小時(shí)。
[0042]實(shí)施例3和對比例3的工程概況如下:
[0043]某電站為河床式電站，施工中采用三期導(dǎo)流，其最后一期為明渠截流，截流流量520m3/s,該電站河床高程為352m，考慮到庫區(qū)淤積，故將溢流堰高程定為365m，兩者高差達(dá)到13m，在明渠截流時(shí)所能考慮分流建筑物僅為4孔溢流堰，電站已建成沖沙廊道。
[0044]針對上述工程，進(jìn)行了以下兩種截流分流的模擬試驗(yàn):
[0045]實(shí)施例3
[0046]本實(shí)施例中，分流孔的設(shè)置如圖6所示，在縱向攔沙坎8布置一個(gè)分流孔7，在橫向攔沙坎6布置兩個(gè)分流孔7?？v向攔沙坎8上開設(shè)的分流孔形狀如圖7所示，為橢圓形孔，該橢圓形孔的第一軸長度a=10m,第二軸長度c=4m, a: c=l: 0.4。橫向攔沙坎6上開設(shè)的兩個(gè)分流孔為尺寸相同的橢圓形孔，所述橢圓形孔的第一軸長度a=lm，第二軸長度c=2.5m,a: c=l: 2.5，兩分流孔之間的間距b=5m?？紤]電站運(yùn)行后橫向攔沙坎6前泥沙淤積最高高程為354m，故將分流孔底部高程設(shè)計(jì)為356m，使分流孔底部高程與分流孔底部處所堆積泥沙的最高高程之間的高程差d=2m。考慮電站運(yùn)行后縱向攔沙坎8前泥沙淤積最高高程為354m，故將分流孔底部高程設(shè)計(jì)為354.5m，使分流孔底部高程與分流孔底部處所堆積泥沙的最聞聞程之間的聞程差d=0.5m。
[0047]試驗(yàn)結(jié)果:截流困難期為龍口寬度20?IOm時(shí)，截流過程中沖沙廊道最大過流量為227m3/s，龍口流量為245m3/s，最大流速為7.33m/s,困難期落差僅為8.96m，單寬功率最大值為146.6t.m/ (s.m)，截流材料總流失率僅為23.24%，其中人工截流材料流失率僅為
16.13%，截流備料6.4萬方，截流時(shí)間為45小時(shí)。
[0048]對比例3
[0049]采用傳統(tǒng)直線型戧堤截流，未在攔沙坎上設(shè)置分流孔。
[0050]試驗(yàn)結(jié)果:截流困難期為龍口寬度35m?IOm時(shí)，此時(shí)龍口流量為430m3/s，龍口最大流速高達(dá)9.23m/s，落差達(dá)到10.31m,單寬功率高達(dá)203t.m/ (s.m)，截流材料總流失率高達(dá)90%，其中人工截流材料流失率達(dá)到80.2%，需要更高的截流拋投強(qiáng)度及更多的人工截流材料，備料方量為10.2萬方，經(jīng)濟(jì)性較低。截流時(shí)間為62小時(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其特征在于在橫向攔沙坎(6)和/或縱向攔沙坎(8)上開設(shè)分流孔(7)，所述分流孔的孔頂高程<溢流堰(4)堰頂高程，截流時(shí)，分流孔(7)在溢流堰(4)分流過水前開始分流過水，進(jìn)入分流孔的水直接流入下游河道或經(jīng)過水建筑物(10)進(jìn)入下游河道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其特征在于所述分流孔(7)為矩形孔，矩形孔的高度為h，寬度為1，lm≤h≤10m，h: 1=1: (0.4~2.5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其特征在于所述分流孔(7)為橢圓形孔,橢圓形孔的第一軸長度為a,第二軸長度為c, Im < a < 10m, a:c=l: (0.4 ~2.5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其特征在于分流孔底部高程大于截流時(shí)段分流孔底部處所堆積泥沙的最高高程，且分流孔底部高程與分流孔底部處所堆積泥沙的最高高程之間的高程差d=0.5m~2m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其特征在于在同一道攔沙坎上開設(shè)兩個(gè)或兩個(gè)以上分流孔時(shí)，相鄰分流孔之間的間距b=lm ~5m。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其特征在于在同一道攔沙坎上開設(shè)兩個(gè)或兩個(gè)以上分流孔時(shí)，相鄰分流孔之間的間距b=lm~5m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其特征在于同一道攔沙坎上開設(shè)的分流孔形狀和尺寸相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其特征在于同一道攔沙坎上開設(shè)的分流孔形狀和尺寸相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其特征在于同一道攔沙坎上開設(shè)的分流孔形狀和尺寸相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述在攔沙坎上開設(shè)分流孔進(jìn)行截流分流的方法，其特征在于同一道攔沙坎上開設(shè)的分流孔形狀和尺寸相同。
【文檔編號】E02B8/06GK103938592SQ201310655013
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】張建民, 陶然, 王永平, 詹登民, 周鴻漢, 曹鉞, 雷運(yùn)華, 李明輝, 劉善均, 王韋, 鄧軍, 曲景學(xué), 田忠, 張法星, 周茂林, 彭勇, 汪旭, 何小瀧 申請人:四川大學(xué), 中國人民武裝警察部隊(duì)水電第三總隊(duì)