黄 勇,李君涛

(1.湖北省交通规划设计院股份有限公司，武汉 430051；2.交通运输部天津水运工程科学研究所 工程泥沙交通行业重点实验室，天津 300456)

内河航运枢纽主要建筑物一般由泄洪闸、电站厂房以及通航建筑物组成，从国内众多的枢纽布置来看，电站厂房与泄水闸大都相邻布置在主河槽内，且电站上游进水渠与枢纽泄水闸之间设有一道分隔导墙，该导墙的作用一是调整电站上游的水流，使水流平顺均匀地进入发电机组；二是把枢纽泄水区与电站引水区分隔，以减小两者运行时的相互干扰。由于厂坝间隔水导墙左右两侧紧邻泄水闸孔和电站厂房，在枢纽不同运行方式下，导墙布置形式对建筑物附近水流流态影响较大，若布置不当则会造成电站引流不畅或枢纽泄流能力降低。本文针对汉江雅口航运枢纽，基于整体物理模型试验，研究了厂坝间导墙布置对枢纽泄洪及电站引流的影响，提出了合理的导墙布置方案[1-6]。

图1 雅口枢纽工程布置图Fig.1 Sketch of Yakou hydro-junction project

1 雅口枢纽工程概况

1.1 工程布置

雅口枢纽工程位于汉江中游丹江口—钟祥河段、湖北省宜城市下游13.7 km处，开发任务以航运为主，兼顾发电、灌溉、旅游等综合利用效益。枢纽主要建筑物由船闸、泄水闸、电站厂房、土石坝等组成(图1)。具体布置为船闸布置在右岸滩地的滩唇位置；电站厂房布置于船闸左侧，厂房内安装6台灯泡贯流式水轮发电机组；泄水闸共44孔，布置于电站左侧的主河道内，堰顶高程44.00 m 为平底宽顶堰，孔口尺寸14.0 m×11.22 m(宽×高)。枢纽正常蓄水位55.22 m，相应库容3.37亿m3，装机容量75 mW，枢纽主要建筑物设计洪水标准为50 a一遇，设计洪水位54.53 m、相应洪水流量20 200 m3/s。校核洪水标准为300 a一遇，校核洪水位55.64 m，相应洪峰流量27 300 m3/s。

1.2 枢纽运行方式

根据工程设计资料，枢纽工程运行方式为：

(1)当来流量Q≤2 310 m3/s(电站满发流量)时，泄水闸关闭，来流量在满足船闸用水要求外，机组部分或全部运行发电，水库水位维持在55.22 m。

(2)当来流量Q为：2 310 m3/s

(3)当来流量Q>8 700 m3/s时，电站机组停机泄水闸全部闸孔敞泄，以恢复天然状态泄流。

2 厂坝间导墙布置长度研究

图2 厂坝间导墙布置图Fig.2 Layout of guide wall between dam and plant

雅口枢纽厂坝间导墙布置在电站进水渠左侧，顶高程为56.72 m，高于校核洪水位。拟建方案导墙为实体结构，且考虑三种不同的导墙布置长度，分别为78 m、55 m和35 m(图2)。针对上述导墙布置长度，采用1：100正态整体物理模型试验，结合枢纽运行方式，研究分析了导墙长度对电站进流和枢纽泄洪的影响。

(1)导墙长度对电站进流影响。

该组试验在流量Q=2 310 m3/s下进行，枢纽运行方式为电站满发，泄水闸关闭，主要观测不同长度导墙布置情况下电站上游进水渠内的水流流态变化情况。试验结果表明，由于枢纽上游水面较宽，电站左侧河道水流以较大的角度斜向右偏进入电站进水渠，受厂坝间导墙掩护影响，各导墙布置方案下进水渠内均产生有一定范围的逆时针回流区，且回流区范围随导墙长度的缩短逐渐减小(图3)。如78 m导墙长度方案，回流区基本覆盖了整个进水渠宽度，电站进流条件较差。当导墙长度缩短至55 m后，回流区逐渐向导墙附近收缩，回流范围约为进水渠左侧1/2区域，电站进流条件趋好。导墙长度缩短至35 m后，回流区位于导墙右侧附近，回流范围为进水渠宽度的1/3。由此可见，针对雅口枢纽厂坝间导墙三种布置长度，最短导墙长度下的电站进流条件最优。

图3 不同导墙长度电站进水渠流态Fig.3 Flow state of inlet channel of power station with different guide wall length

图4 不同导墙长度泄水闸前流态Fig.4 Flow state in front of sluice with different guide wall length

(2)导墙长度对枢纽泄流影响。

图5 不同导墙长度枢纽上游水面线Fig.5 Upstream water surface line of different guide wall length

该组试验在流量Q=20 200 m3/s下进行，枢纽运行方式为泄水闸敞泄，电站关闭，主要关注不同长度隔水墙布置情况下泄水闸前附近的水流流态以及坝上水面线。试验结果表明，枢纽上游河道右侧区域来流受厂坝间导墙的阻水作用，导墙上游端部产生明显的壅水和绕流，泄水闸右端部分闸孔前沿附近产生回流，从而导致部分闸孔的泄流能力降低或完全丧失(图4)。在78 m长度方案下，导墙影响范围为右端3个闸孔，其中1#、2#闸孔(右起为1#)基本不过流，泄流能力完全丧失，3#闸孔仅有部分参与泄流。55 m长度方案下，受导墙影响泄流能力丧失的闸孔数为1.5孔。35 m长度方案下，仅有最右侧1个闸孔不过流。同时，由各方案枢纽上游水面线情况(图5)也看出，随着隔水墙长度的缩短，坝前水位也随之下降。因此，从泄流角度来讲，35 m长度导墙布置方案最优。

3 厂坝间导墙开孔布置研究

根据厂坝间导墙长度的研究成果可以看出，采取较短的导墙长度，电站进流条件和枢纽泄流能力相对较优。针对雅口枢纽，结合导墙结构布置以及电站上游拦污栅布置影响，导墙设计最小长度为35 m，在该长度布置条件下，泄水闸最右侧闸孔的过流能力仍未有效发挥。为了进一步提高枢纽泄流能力，进行了闸墙开孔布置试验研究。

图6 导墙开孔布置图(长度单位：mm；高程单位：m)Fig.6 Layout of guide wall opening

(1)导墙开孔布置。

考虑结构设计要求，厂坝间上游导墙长度为35 m，10 m分一缝，靠近厂房段15 m一缝，缝间设止水。隔水墙墙顶高程为56.72 m，隔水墙设置6个补水孔口，孔口尺寸为2.5 m×3.0 m，孔顶高程54.72 m，开孔布置见图6。

(2)导墙开孔对电站进水的影响。

选取电站满发流量Q=2 310 m3/s，进行了隔水墙开孔与不开孔两种方案的研究，对比电站进水渠水流流态。试验结果表明，导墙开孔布置方案下，电站上游进水渠左侧贴近导墙附近区域仍有回流产生，但开孔补水后，导墙上游端部的绕流程度有所减弱，回流区范围减小。未开孔条件下，回流区范围为导墙右侧约40 m区域，导墙开孔后，回流范围减小至30m(图7)。因此，导墙开孔后电站进流条件有所趋好。

图7 导墙开孔前后电站进水渠流态Fig.7 Flow state of inlet channel before and after the opening of guide wall图8 导墙开孔前后泄水闸前流态Fig.8 Flow state in front of sluice before and after the opening of guide wall

(3)导墙开孔对对枢纽泄流的影响。

在校核洪水流量(Q=20 200 m3/s)下，以35 m隔水墙长度为基础，同样进行了隔水墙开孔与不开孔两种方案对枢纽泄流能力的影响。试验结果表明，在导墙未开孔条件下，导墙上游端部挑流较为明显，最右侧1#泄水闸孔完全在导墙掩护范围内，该闸孔几乎不参与泄流，过流量为0 m3/s。导墙开孔后对上游河道右侧区域来流起到了分散作用，导墙端部的挑流影响明显减弱，部分水流经导墙右侧电站进水渠透过补水孔进入1#泄水闸孔，试验测得的在导墙开孔条件下1#闸孔的过流量为260 m3/s，较导墙未开孔条件明显增强(图8)。

4 结语

(1)雅口枢纽坝址附近河道水面宽阔，厂坝间上游导墙布置参数对枢纽泄流能力和电站进水条件影响较大。

(2)由于厂坝间导墙与泄水闸相邻布置，受导墙挑流作用影响，导致部分泄水闸孔过流能力减弱，枢纽整体泄流能力下降，且不同导墙布置长度对泄流能力影响程度不一，长度越短对泄流能力造成的不利影响越小，同时采用导墙开孔可基本消除导墙布置对枢纽泄流能力的影响。

(3)厂坝间导墙布置对电站进水条件的影响主要表现在受厂坝间导墙掩护影响，电站进水渠内均产生有一定范围的回流区，通过缩短导墙长度和导墙开孔可减弱对电站引流造成的不利影响。

(4) 经模型试验论证，雅口枢纽厂坝间上游导墙采用相对较短的35 m导墙长度、同时导墙开孔的布置方案能够获得相对较好的电站进水条件，同时增强枢纽泄流能力。研究成果得到了工程设计的采用，可供类似工程设计参考。