1.简述

　　高坝洲水利枢纽坝址为宽缓的丘陵谷，河床高程42.0m，河谷横断面枯水期宽120.0m，洪水期宽350.0m，横断面上宽大于高，这种地形有利于分期导流。坝址出露的基岩为寒武系中统的白云岩、砂岩互层，岩层走向280~290^。，与坝线交角34~40^。，倾向SW（倾向上游偏右岸），倾角一般30~35^。，陡者可达40^。。

　　坝址控制流域面积15650Km²，占清江流域的92%，多年平均流量436m³/s，多年平均径

　　流量138亿m³。根据《水利水电工程等级划分及设计标准》，本枢纽工程为大（2）型水电工程，等别为二等，相应泄水建筑物为二级建筑物，消能工为三级建筑物。二级建筑物设计洪水重现期100年，入库洪峰流量为17240 m³/s，校核洪水重现期1000年，入库洪峰流量24070 m³/s。三级建筑物设计洪水重现期50年。

　　枢纽工程距清江口仅12Km，坝址水位受长江水位顶托的影响较大，因此，坝址水位流量关系是以河口水位为参数的H~Q曲线簇。考虑下游航道整治与洪水的冲切影响，以河口水位为参数推求出H~Q曲线簇，作为同级流量的“下限水位”；以天然河床H~Q曲线簇的最高水位作为同级流量的“上限水位”；当泄量大于10000m³/s时，长江水位顶托的影响不明显，H~Q曲线近于单一线。

2.泄洪消能设计特点

　　(1)　高坝洲河谷较宽，枢纽主要建筑物均布置于河床，应尽量使建筑物少向岸边扩展以节省工程量，因此溢流前缘宜短勿长；

　　(2)　清江洪水陡涨陡落，峰高量大，泄水建筑物必须有足够的泄流能力和超泄能力，故泄水建筑物应考虑以堰流为主；

　　(3)　泄水建筑物布置须考虑临时与永久相结合，满足二期导流和初期发电的要求。当库水位为62.0m时，泄流能力不小于3000m³/s ，同时闸门能控制运用，以维持发电水位。另外，泄洪建筑物调度运用须满足2000m³/s流量以下的安全通航要求；

　　(4)　消能工的特点是单宽大、佛氏数低，下游水位变幅大，设计中应很好地解决此类的消能问题。

3.泄洪消能建筑物布置

　　经多方案比较论证，泄洪布置采用“堰孔结合，以堰为主”的布置型式。即在一期工程中布置3个泄洪深孔，兼作导流之用，在二期工程布置6个表孔，作为主要的泄洪设施。

　　3.1泄洪深孔设计

　　泄洪深孔布置在纵向围堰坝段与厂房之间的三个深孔坝段，前缘总长54.00m，采取墩中分缝，除1^#孔左墩为8.0m外，其余闸墩厚均为3.80m。

　　深孔体型采用有压短管型式，有压段出口尺寸为9.0×9.4 m，有压段长14.30m。进口底坎高程为45.0m，底缘曲线为近1/4圆弧，顶缘曲线为的一部分，进口侧面为斜椭圆柱面，其水平截面为1/4椭圆曲线，方程为；有压段后为明流泄槽，泄槽底部采用二次抛物线Y=0.007X²，泄槽出口两侧闸墩53.0m高程以下采用扩散出口，扩散园弧半径为41.10m，扩散顺流向长度为5.72m，由此闸墩厚度由3.80m变至3.40m。在有压段设有两道胸墙，其间设事故检修门槽，事故检修门由坝顶门机启闭。有压末端设弧形工作门，由布置在下游侧71.00m高程平台的固定卷扬机操作。

　　3.2泄洪表孔设计

　　六个表孔跨13^#—19^#坝段的横缝布置，溢流前缘长度116.50m，孔口尺寸14.00×18.00m（宽×高）；中墩厚4.20m，13^#坝段边墩厚4.50m，19^#坝段边墩厚7.00～4.00m。表孔泄槽由直段和宽尾墩侧边构成的收缩段组成，其中直段水平投影长度为23.80m，收缩段位于闸墩尾部，由闸墩逐渐展宽形成，长度为9.0m，收缩比β=0.5。出口立面高程53.94m以下孔宽为7.0m，高程53.94m至67.00m孔宽由7.0m变至14.00m，由此形成“Y”型出口。

　　表孔溢流堰堰顶高程为62.00m，堰顶距堰头4.80m。堰顶上游面为1/4椭圆，椭圆方程_{www.tmgc8.com}（以堰顶0点为原点建立的坐标系），堰头与上游坝面齐平。堰顶下游面由WES堰面曲面、斜面及反弧段组成。WES型堰面曲线方程为Y=0.0415X^1.85, 斜面坡度为1：0.75，反弧段半径R=16.00m，中心角为39.5384°。表孔设平板事故检修闸门和弧形工作门，平板事故检修闸门由坝顶2×1600KN门机启闭，弧形工作门支铰中心线高程70.00m，弧形工作门由布置在闸墩顶部的液压启闭机操作。

4.消能工设计

　　根据高坝洲枢纽水头低、单宽大这一水力特性，施工详图阶段之前曾对消能型式进行了多方案比较。挑流消能因挑距近，不适宜于本工程；底流消能对流量和水头的适应范围较大，是水利工程中较为常用的消能措施，但对池长、池底高程有较严的要求，因而工程量大；戽式消能特别是宽尾墩加戽式池乃近年发展的新型消能工，对低佛氏数水流的消能效果甚好，相对于底流消能，可以减少消能工工程量。经比较，本工程选择戽式池为消能建筑物。

　　4.1水力学设计

　　在泄洪布置和消能型式基本确定后，计算各级流量下戽流、底流的第二共扼水深（或临界水深），与相应的下游水位进行比较，以选择合理的消能型式和消力池尺寸、体型等，再通过水工模型试验验证或修改。表孔用公式一和公式二进行计算，深孔利用公式二和底流消能公式计算。

　　公式一 —— 郭子中公式
　　h1=E[1-2cos(60^。+)]
arcos(1-13.5)

η= =-0.4+1.3639Fr
公式二 —— 王世夏等人公式h₁=0.71EK^0.9h₂=1.4F_rh₁

　　式中 a——尾坎高度； h₁——第一共扼水深， h₂——第二共扼水深；K——流能比， K= ；ψ——系数， ψ=1.1K

　　表孔、深孔的水力计算结果分别列于表1、表2。计算结果表明，表孔消能工用两种公式进行计算，均能满足稳定戽流时σ=1.1的要求；深孔用底流公式和戽流公式进行计算，淹没度σ差值在1～3.4%范围，流量越小，σ值越低，特别是在下游水位为“下限水位”时，消力池设计工况下淹没度小于1.0，池长、池底高程略显不足。经在模型上进行论证，与计算结果基本吻合：表孔戽式池对下游水位的适应性较好，各级流量情况下池内均能产生稳定的淹没水跃，跃尾在池内；深孔戽式池对下游水位较敏感，一般情况下，水跃位于池内，但当Q=1500~2000 m³/s，而下游出现“极限低水位”时，戽式池长度略显不足。由于清江涨水而长江不涨水的可能性几乎不存在，再者下游水位可通过发电来调节，因此，出现此种极端的情况完全可以避免。

表1 表孔戽式池水力计算

　

频率 枢纽总泄量 表孔泄量 表孔单宽流量 上游水位 下游水位 公式一计算结果 公式二计算结果 P% Q(m^{www.tmgc8.com3}/s) Q_b(m³/s) q(m³/s-m) Z_u

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