小湾水电站枢纽建筑物水力学原型观测试验

　　小湾水电站枢纽建筑物由混凝土双曲拱坝、右岸地下引水发电系统和泄水建筑物组成。工程属大Ⅰ型一等过程，永久性水工建筑物为一级建筑物。电站装机容量 4200MW，坝顶高程 1245m，坝基最低高程953. 0m，是目前世界上最高的混凝土拱坝之一。泄水建筑物由坝身 5个开敞式泄洪表孔、6 个泄洪中孔、2 个放空底孔左岸 1 条泄洪洞、坝后水垫塘及二道坝等部分共同组成联合泄洪消能系统，小湾水电站工程最大下泄流量为 20700m3/ s，最大水头 225m，相应下泄功率 46060MW，高水头大流量的泄洪消能和坝身泄洪振动问题十分突出。因此，对小湾水电站枢纽建筑物进行水力学原型观测试验是必要而紧迫的。而清晰明确的观测方案对于水力学原型观测试验显得更为重要。

　　1 观测项目设计

　　小湾水电站水力学原型观测主要进行泄洪洞水力学观测、坝身表孔及其组合水力学观测。泄洪洞的观测项目主要有: 出口挑坎水流及水舌形态、过流面不平整度调查、过流面空蚀空化、动水压力、临底流速、掺气浓度、风速、空腔负压、水面线等水力参数。溢流表孔的观测项目主要有: 溢流表孔水力参数、振动、水垫塘水力参数、两岸雾化等水力参数。

　　2 观测项目研究

　　小湾水电站水力学原型观测试验工况组合及对应观测项目如表 1所示。

　　观测要求: 在水力学原型观测试验时，水流空化噪声的采样频率应不低于 500kHz，采集数据应进行时域分析、频域分析及 1/3 倍频程分析; 脉动压力的采样频率应不低于 200Hz，采集数据应进行最大、最小、均方根、主频、功率谱等分析; 每种工况电测部分至少进行 3 次重复观测，以保证数据的可靠性; 实施观测前后应分别进行系统初值与终值设定和校核; 观测系统应配备统一的时标信号，以保证相关测站观测数据采集与分析的同步要求。

　　3 观测资料处理

　　在水力学原型观测试验中，把各种随机的水流现象看成是一个各态历经的平稳的随机过程，对它的数据处理采用各态历经的平稳随机数据处理方法进行。数据处理的内容应满足对不同监测量的分析要求: ( 1) 水下噪声需作 1/3 倍频程功率谱分析和时间波形分析，必要时还应进行互相关分析; ( 2) 动水压力需作时均值、标准差和功率谱分析;( 3) 水流流速、通气井风速、掺气浓度、空腔负压、降雨量( 电测部分) 等需作时均值和标准差分析; ( 4) 脉动需作时均值、标准差和功率谱分析，对观测数据进行系统分析，并与模型试验数据进行综合对比。

　　资料分析应选取观测工况下各参量的最大幅值、平均值和主要频率及其功率谱曲线、典型波形曲线等，同时根据观测成果对工程安全提出相关建议。观测资料的整编分析和信息反馈应坚持“四随”原则，即随观测、随记录、随计算、随校核。

　　具体操作流程见下图 1。

　　4 结论

　　小湾水电站汛期泄流量大，本文推荐的水力学原型观测方案目标明确，措施得当，能够解决水力学原型观测遇到的难题，提高通水力学原型观测的质量，从而增强水力学观测的效果。

　　参考文献

　　［1］高仪生，汪世鹏，陈俊． 隔河岩枢纽水力学原型观测及检查成果［J］． 长江科学院院报，2003，5( 10) : 18 －20．

　　［2］林可冀刘永川． 安康水电站泄水建筑物的水力学原型观测［J］． 水力发电 1999，1( 1) : 12 －17．