小灣水電站樞紐建筑物由混凝土雙曲拱壩、右岸地下引水發電系統和泄水建筑物組成。工程屬大Ⅰ型一等過程,永久性水工建筑物為一級建筑物。電站裝機容量 4200MW,壩頂高程 1245m,壩基最低高程953. 0m,是目前世界上最高的混凝土拱壩之一。泄水建筑物由壩身 5個開敞式泄洪表孔、6 個泄洪中孔、2 個放空底孔左岸 1 條泄洪洞、壩后水墊塘及二道壩等部分共同組成聯合泄洪消能系統,小灣水電站工程最大下泄流量為 20700m3/ s,最大水頭 225m,相應下泄功率 46060MW,高水頭大流量的泄洪消能和壩身泄洪振動問題十分突出。因此,對小灣水電站樞紐建筑物進行水力學原型觀測試驗是必要而緊迫的。而清晰明確的觀測方案對于水力學原型觀測試驗顯得更為重要。
1 觀測項目設計
小灣水電站水力學原型觀測主要進行泄洪洞水力學觀測、壩身表孔及其組合水力學觀測。泄洪洞的觀測項目主要有: 出口挑坎水流及水舌形態、過流面不平整度調查、過流面空蝕空化、動水壓力、臨底流速、摻氣濃度、風速、空腔負壓、水面線等水力參數。溢流表孔的觀測項目主要有: 溢流表孔水力參數、振動、水墊塘水力參數、兩岸霧化等水力參數。
2 觀測項目研究
小灣水電站水力學原型觀測試驗工況組合及對應觀測項目如表 1所示。
觀測要求: 在水力學原型觀測試驗時,水流空化噪聲的采樣頻率應不低于 500kHz,采集數據應進行時域分析、頻域分析及 1/3 倍頻程分析; 脈動壓力的采樣頻率應不低于 200Hz,采集數據應進行最大、最小、均方根、主頻、功率譜等分析; 每種工況電測部分至少進行 3 次重復觀測,以保證數據的可靠性; 實施觀測前后應分別進行系統初值與終值設定和校核; 觀測系統應配備統一的時標信號,以保證相關測站觀測數據采集與分析的同步要求。
3 觀測資料處理
在水力學原型觀測試驗中,把各種隨機的水流現象看成是一個各態歷經的平穩的隨機過程,對它的數據處理采用各態歷經的平穩隨機數據處理方法進行。數據處理的內容應滿足對不同監測量的分析要求: \\( 1\\) 水下噪聲需作 1/3 倍頻程功率譜分析和時間波形分析,必要時還應進行互相關分析; \\( 2\\) 動水壓力需作時均值、標準差和功率譜分析;\\( 3\\) 水流流速、通氣井風速、摻氣濃度、空腔負壓、降雨量\\( 電測部分\\) 等需作時均值和標準差分析; \\( 4\\) 脈動需作時均值、標準差和功率譜分析,對觀測數據進行系統分析,并與模型試驗數據進行綜合對比。
資料分析應選取觀測工況下各參量的最大幅值、平均值和主要頻率及其功率譜曲線、典型波形曲線等,同時根據觀測成果對工程安全提出相關建議。觀測資料的整編分析和信息反饋應堅持“四隨”原則,即隨觀測、隨記錄、隨計算、隨校核。
具體操作流程見下圖 1。
4 結論
小灣水電站汛期泄流量大,本文推薦的水力學原型觀測方案目標明確,措施得當,能夠解決水力學原型觀測遇到的難題,提高通水力學原型觀測的質量,從而增強水力學觀測的效果。
參考文獻
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