梅金水电工程泄洪结构、泄洪闸、浮渣闸设计

摘要

本文介绍了梅金水电站泄洪结构、泄洪闸和浮渣闸的设计成果。首先，确定了泄洪结构类型和等级、泄洪标准、特征水位和泄洪速率等基本设计数据。工作继续呈现准确的位置和结构组成。水力计算包括流量计算和耗能计算

关键字

泄洪结构，泄洪闸门，设计。

简介

Mekin水电站位于喀麦隆南部地区，位于Dja河、lobo河和Sabe河汇合处，建成后发电量为15兆瓦。挡土墙结构由主坝和副坝组成，还包括泄洪结构、泄洪闸门和浮渣闸门。

近年来，世界上发现的大多数大坝安全缺陷包括溢洪道容量不足，无法通过新的设计洪水，直到可能的最大洪水(PMF) [1］．大洪水通过较小的溢洪道可能导致大坝的溢出破坏，有潜在的生命损失和严重的下游损害。水文研究和对生命威胁和潜在经济损失的评估被用来确定设计洪水。设计洪水的安全通过可能需要增加溢洪道容量、增加水库蓄水量、溢洪口保护或这些方法的某种组合[3.］．

增加溢洪道容量可以通过增加溢洪道波峰长度、流量系数或操作水头来实现。一个溢洪道的操作水头可以通过降低溢洪道顶部和安装闸门来增加，或者通过提高坝顶来允许更高的水库水位。适度提高流量系数一般可以通过改进溢洪道波峰形状和改进河道来实现。然而，更常见的修改是扩大现有溢洪道或建造一个新的溢洪道，以增加溢洪道的总波峰长度[2，5］．

设计中选择的溢洪道类型主要取决于场地条件和泄洪要求。坝肩可能适合于扩大现有溢洪道或建设一个新的溢洪道。沿水库边缘通往天然水道的现有鞍状或洼地可能是新建辅助式溢洪道的理想地点[4］．大坝可以被认为是为新的溢洪道提供基础，或用于防洪。虽然不受控制的溢洪道通常被认为是更经济和可靠的，但可以考虑通过现场检修和适当的维护来确保其运行的门控溢洪道。进入下游水道的溢洪道泄洪物的能量耗散可以由滚筒桶或水力跳跃结构提供，也可以由高架翻转结构下的跳水池提供。对于较低的水头，可以在溜槽内使用混凝土挡板块或混凝土台阶来提供能量耗散[6］．

这些结构元件的设计对非洲工程师和专家来说是一个重大挑战，特别是由于缺乏文件和经验。

这项工作旨在提出一种基于国际标准和案例研究的简化方法。介绍了大坝施工现场正在实施的具体成果。

在这项工作中，提出了研究所必需的基本设计数据。在此基础上，确定了泄洪结构的类型和等级、泄洪标准、特征水位和泄洪速率。对卸料结构进行了讨论，并对卸料结构的位置和布置进行了说明。最后详细讨论了水力计算，即流量计算和耗能计算。

基本设计信息

泄水结构的类型和等级

泄洪闸、浮渣闸:二级

卸料方式:井底

消能方式:基流消能

洪水标准、特征水位及流量

根据防洪原理，当水位超过612.50 m时，首先采用开放式溢洪坝泄洪;泄洪闸用于联合泄洪。

水库设计洪水位为613.45 m，对应流量为796.40 m3/s，校核洪水位为613.80 m，对应流量为901.10 m^3./ s。

结构布置

泄洪闸和浮渣闸位于贾河右侧的洼地。与主坝同轴。它与右侧的电站和左侧的溢洪坝相连。泄洪闸全长24.00 m。看到表2用于控制点的参数。

泄洪闸为钢筋混凝土结构，总宽24.00 m，纵长12.00，泄洪闸底孔2个6.00 m X6.00 m (HxW)，浮渣闸口1个6.00 m X6.00 m (HxW)。每个孔都设有相应的工作闸门和隔舱闸门，每个底闸门上方设有0.75 m厚的护墙，用于蓄水。

门室分为三跨，每跨8.00 m，每侧墩厚1.00 m，每中墩厚2.00 m，门室底板顶部标高598.00 m，底板厚2.00 m，底板上下游分别设置1.00 m防渗墙，下游设置13.00 m钢筋混凝土防洗胶圈，防渗墙厚0.30 m。底孔顶高程(胸墙底高程)为604.00 m，上出水口底高程为607.80，闸室顶高程与主坝顶高程相同，均为615.20 m。工作闸门和防波堤闸门采用双向闸门升降装置启闭，常用于电站的防波堤和垃圾架。电站右侧设置有隔舱门储藏室。

水力计算

流量计算

泄洪闸在溢洪坝施工期间也作为引流结构。在施工过程中通过洪水引导来限制规模。

在施工旱季，Dja一阶洼地(604.00 m)不得被洪水淹没。汛期洪水在一级洼地附近受到限制。因此，闸门开顶标高为604.00米。

浇口溢流容量按以下公式计算[7，9]:

情商1

情商2

情商3

情商4

情商5

地点:

m3 Q-Flow率;

h0 -堰头含速度头，m;

g-重力加速度，m/s2;

堰流m-流量系数，0.385;

Ɛ-Side堰流量收缩系数;

B0 -浇口净宽度，m;

n -闸口数量;

Ɛz-Side中浇口收缩系数;

dz-中闸墩厚度，m;

Ɛb-Side侧闸门开度收缩系数;

Ɛz-Distance从侧闸墩下游边缘到上游河道水边，m;σ-淹没系数;

bb-堰顶下游水深，m;

看到表3计算了泄洪闸的泄洪能力曲线。

经计算，三个闸门开口，每个开口宽度为6.00 m，可满足20年洪水引流的标准要求。

泄洪闸只在溢洪坝不能满足泄洪要求时才开启。因此，通过闸门口泄流的溢流容量是根据闸门口的流量来计算的。

浇口的泄水能力按公式计算[8，9]:

情商6

情商7

情商8

情商9

地点:

q -流量，m3;

he-浇口高度，m;

μ -开口流量系数;

ψ-开放浮冰速度系数;

Ɛ-Vertical水闸流量收缩系数;

λ-计算系数;

r-胸墙底圆圆弧半径;

h0 -自由排放时开口中心作用头，淹没排放时上下游水位差m;

g-Gravity加速度。

能量耗散计算

水力跳跃参数按下式计算[9]:

情商10

情商11

地点:

hc -收缩深度，m;

hc″-跳转后深度，m;

α-水流动能修正系数，1.0;

q-消水池底顶面总势能，m;

ψ-流速系数;

t0 -流速系数，0.95;

b1-消水池头端宽度，m;

b2-消水池尾端宽度，m。

看到表5为耗能计算结果。

通过计算，泄洪闸在泄洪时发生了淹没溢流。鉴于门后为基岩开挖面，具有一定的抗冲刷能力，仅修建了13.00 m钢筋混凝土防冲围场。

结论

本工作的目的是设计梅金水电站的泄洪结构、泄洪闸和浮渣闸。

这些元素的设计所采用的简化方法是以国际标准为基础的。并在大坝施工现场实施，取得了具体成效。

通过对基本设计资料和结构布置的详细研究，确定了梅金水电站泄洪结构、泄洪闸、浮渣闸设计的位置和结构组成。

参考文献

1. Cato KD, CC Mathewson, 1989，紧急溢洪道流动中的岩石材料性能。ASAE论文第89-2649号，密歇根州圣约瑟夫。
2. John E. Costa, 1985，大坝溃坝引发洪水，美国地质调查局公开档案报告85-560，科罗拉多州丹佛市，54页。
3. Dekay ML, GH McClelland。1991，大坝溃坝预警决策阈值的设定:基于实践理论的方法，CRJP技术报告第328号，科罗拉多大学判断与政策研究中心，博尔德，科罗拉多。
4. 埃文斯，Steven G.人为和天然大坝的破坏引起的溃决洪水的最大流量。加拿大岩土工程学报1986:23。
5. 费希尔，加里R, 1996，在蒙大拿州大坝决口特征。大坝安全，1996年。溃坝洪水路径模型研讨会论文集，马里兰州贝塞斯达，第164-197页。
6. 从文件中读DL。1993, NWS FLDWAV模型:DAMBRK对溃坝洪水预测的替代，“大坝安全，第10届ASDSO年会论文集，堪萨斯城，密苏里州，9月26-29日，第177-184页。
7. Jansen RB。1983年，《大坝与公共安全》，美国内政部，开垦局，科罗拉多州丹佛市。
8. Macchione F, B Sirangelo。大坝逐渐决口导致洪水。山区水文学。II -人工水塘;水与斜坡，洛桑专题讨论会论文集，IAHS出版物第194号，1990年8月，第325-332页。
9. 溢洪道设计规范(SL253-2000)。