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槟榔江勐乃水电站导流洞水力计算
刘 军（云南省水利水电科学研究所 云南昆明 650228）
摘 要：盈江县槟榔江勐乃水电站采用隧洞导流方式，如何合理地选择导流标准、洞径尺寸、确定上下游围堰的高度，直接决定了施工导流建筑物的造价，甚至影响到整个工程的工期，本文就勐乃水电站导流洞的水力计算方法和过程作进一步阐述。
关键词：导流标准 泄流能力 糙率 1.工程简介
勐乃水电站位于盈江县西北盏西镇槟榔江中游河段，地理位置为东经97°31′--98°16′、北纬24°22′--25°20′之间，坝段河谷为“V”字形峡谷，河床宽约40m。
枢纽建筑物由混凝土重力坝、压力钢管、地面厂房、升压站等组成。水库兴利库容903.18×104m3，挡水建筑物最大坝高51m，混凝土重力坝坝顶高程1059.0m，河床部位最低建基面高程1008.0m，坝顶长度175.6m，坝顶宽度5.0m。枢纽施工采用一次性拦断河床，上下游土石围堰，隧洞导流方式。导流洞布置于右岸，全长153.5m，主要岩性为泥盆系下统关上组上段D1g2a灰岩段， D1g2a灰岩为浅灰、深灰色，中厚层状，为中硬岩，成洞地质条件较好。 2.设计标准与洪水
根据首部枢纽工程等别、永久建筑物级别及《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338-89）的规定，导流建筑物级别定为5级，导流标准取P=33.3～20%。
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因本工程坝址处河谷狭窄，河床冲积层较厚，经过对坝址区地形、地质、建筑物施工特性及河流水文特性的综合分析，拟采用右岸隧洞导流方式，根据施工进度要求及导流时段初拟为枯期（12～4月）。
根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338-89）的规定，本工程首部枢纽的施工导流标准初拟如下：
表1 施工导流标准及流量表
时 间 第1年12月上旬 设计标准 设计流量 (P=%) 多年月平均 (m3/s) 210 924 210 备 注 38.7 截流，由右岸导流洞过流 枯期围堰挡水，导流洞过流 束窄河床和导流洞过流 枯期围堰挡水，右岸导流洞过流 第1年12月--第2年4月 20(12—4月) 第2年5月--第2年11月 20(全年) 第2年12月--第3年4月 20(12—4月) 第3年5月以后 3.33(全年) 1390 冲砂闸及溢流坝过流 3.导流洞水力计算 3.1拟定导流洞断面尺寸
导流隧洞断面尺寸的拟定根据隧洞和围堰总造价优化后选择，因为隧洞断面尺寸小，可使造价比较低，但洪水时期洞前水位就比较高，因而上游围堰比较高，围堰造价增加，要采用最经济的隧洞断面必须计算隧洞和围堰的总造价。设计时分别选取底宽5×6.0m、6×7.2m、7×8.4m和8×9.6m四种隧洞断面进行水力计算和投资估算对比分析：断面尺寸为6.0 m ×7.2m(宽×高，净面积51.6 m2 ) 方案，在工程量、投资、渡汛等方面比较合理，经水力和施工条件比较后采用城门洞型无压隧洞。
表2 上游围堰和隧洞的工程量和造价估算表
围堰高围堰工程量3度（m） （m） 7 9 5600 8640 围堰造价 （万元） 22.40 34.56 隧洞面积2（m） 8×9.6 7×8.4 隧洞工程量3（m） 9600 7350 隧洞造价 （万元） 138.24 105.84 施工总造价 （万元） 160.64 140.40 1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.
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12 15 14400 21600 57.60 86.40 6×7.2 5×6.0 5400 3750 66.96 64.00 124.56 150.40 备注：表中的估算仅计入洞挖及围堰的土石方回填的造价（按可研阶段概算单价）。 3.2洞身段过流能力复核
无压隧洞洞身段的过流能力，按明渠均匀流公式计算：
式中：Q－流量；
ω－过水断面面积，对于矩形断面ω=bh0； C－谢才系数C＝R1/6/n R－断面水力半径R=ω/x； i－水道底面坡降；
隧洞底坡i=0.008，断面宽度b=6.0m，满足无压净空面积界限（15%）时的水深h0=6.5m，对于喷锚支护糙率n=0.025。
Q??CRi=225.0m/s＞Q设=210.0m/s
3
3
洞身过流能力满足要求。 3.3隧洞进口高程的选取
隧洞进口底板高程的选取与导流洞的施工及造价相关，隧洞进口底板高程较高时，施工期洪水对导流洞的施工干扰小，但增加了上游围堰的高度，提高了造价；隧洞进口底板高程较低时，可适当降低上游围堰的高度，但汛期来临时，导流洞进出口需采取二次导流的措施。经综合比较，隧洞进口底板高程确定为1023.00m，高于枯期水位1.5m。 3.4隧洞进口上游水头H0的计算
当隧洞泄流为明流时，水流流态有急流和缓流两种。对于急流，下游水位对上游隧洞进口水深不发生影响，因此上游水头H0可按非淹没宽顶堰公式计算：
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式中：m—流量系数，m=0.32~0.38；
b—隧洞进口处水面的计算宽度；
对于缓流，下游水位对上游隧洞进口水深将发生影响。但一般情况下，隧洞长度较长，这种影响可以忽略不计，故隧洞进口内的水深可近似地按正常水深计算；而正常水深可按谢才公式Q?ACRi用试算法确定。从上式求出正常水深后，可由下式近似求得上游壅高水深H：
式中：ψ—考虑侧向收缩的流速系数； v—隧洞进口流速； h0—隧洞内正常水深；
导流洞临界水深hk按矩形断面明渠临界水深计算：
其中：Q=225m3/s， b=6.0m，α=1.0，求得hk=5.23m＜正常水深h0=6.5m，属缓流。
5.672?6.5=8.4m 上游壅高水深H=20.95?2?9.81其中：v=225/39=5.67m3/s, ψ=0.95。 3.5上游围堰高程的拟定
上游围堰高程=隧洞进口底板高程+上游壅高水深H+围堰安全超高=1023+8.4+0.5=1031.9m。 3.6下游围堰高程的拟定
下游围堰高程等于下游水位加安全超高。下游水位一般可按下游水位～流量关系曲线确定。经查值，对应于设计流量210m3/s的下游水位为1023.8m，下游围堰高程=下游水位+围堰安全超高=1023.8+0.5=1024.3m。
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4.结 语
导流洞水力计算紧紧围绕着洞身过流和上游壅高水深H开展，其最终目的是根据计算结果比较隧洞尺寸和上游围堰高度，选择最经济的隧洞断面。导流洞于2006年12月初河床截流时正式过水，根据上游水文站提供的水文资料，导流洞实际泄流量可达240m3/s左右，计算成果基本合理。 参考文献：
[1]吴持恭.水力学[M].北京：高等教育出版社，1982. [2]袁光裕等.水利工程施工[M].北京：中国工业出版社，1965 [3]汪胡桢.隧洞的设计理论和计算[M].北京：水利电力出版社，1990 [4][苏]尼古拉耶夫.水利水电建设中的施工导流[M]. 北京：水利出版社，1982
刘军（1973－），男，工程师，主要从事水利水电规划设计工作。 通讯地址：云南省昆明市五家堆省水电科研所 邮编：650228，传真0871－4620165， 手机号码： Email:
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