在拦沙坎上开设分流孔进行截流分流的方法

摘要

在拦沙坎上开设分流孔进行截流分流的方法，其技术方案是：在横向拦沙坎和/或纵向拦沙坎上开设分流孔，所述分流孔的孔顶高程≤溢流堰堰顶高程，截流时，分流孔在溢流堰分流过水前开始分流过水，进入分流孔的水直接流入下游河道或经过水建筑物（例如厂房坝段底部修建的冲沙廊道）进入下游河道。该方法能减小高难度截流分期截流的龙口流量，特别是在截流困难期减小龙口流量、落差和单宽功率，从而减少截流材料流失率，保障截流安全性和成功截流，提高截流工程的经济性。

权利要求

1.一种在拦沙坎上开设分流孔进行截流分流的方法，其特征在于在横向拦沙坎(6)和/或纵向拦沙坎(8)上开设分流孔(7)，所述分流孔的孔顶高程≤溢流堰(4)堰顶高程，截流时，分流孔(7)在溢流堰(4)分流过水前开始分流过水，进入分流孔的水直接流入下游河道或经过水建筑物(10)进入下游河道；所述分流孔(7)为矩形孔，矩形孔的高度为h，宽度为l，1m≤h≤10m，h∶l＝1∶(0.4～2.5)；或所述分流孔(7)为椭圆形孔，椭圆形孔的第一轴长度为a，第二轴长度为c，1m≤a≤10m，a∶c＝1∶(0.4～2.5)。

2.根据权利要求1所述在拦沙坎上开设分流孔进行截流分流的方法，其特征在于分流孔底部高程大于截流时段分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程，且分流孔底部高程与分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程之间的高程差d＝0.5m～2m。

3.根据权利要求1或2所述在拦沙坎上开设分流孔进行截流分流的方法，其特征在于在同一道拦沙坎上开设两个或两个以上分流孔时，相邻分流孔之间的间距b＝1m～5m。

4.根据权利要求1或2所述在拦沙坎上开设分流孔进行截流分流的方法，其特征在于同一道拦沙坎上开设的分流孔形状和尺寸相同。

5.根据权利要求3所述在拦沙坎上开设分流孔进行截流分流的方法，其特征在于同一道拦沙坎上开设的分流孔形状和尺寸相同。

说明书

在拦沙坎上开设分流孔进行截流分流的方法

技术领域

[0001] 本发明属于水利水电工程中的截流技术领域，特别涉及一种用于分期导流，高水力学参数的截流分流方法。

背景技术

[0002] 水利工程建设中，截流决定了整个工程的建设时间，是建设的关键点。对于高难度截流的判别指标和标准为：高流速(流速大于6m/s)，大落差(落差大于6m)，大单宽功率(单宽功率大于80t·m/m·s)。对于小于该标准一般截流工程而言，可采用常规截流方法辅以龙口加糙、平立堵等措施即可减小截流难度，保证截流成功。对于单个指标超标5%～10%的工程而言，可通过上游电站控泄，通过专利ZL201010129949.3所述的折线戗堤进行截流。但对于分流建筑物分流条件较差的截流工程，在上游水位达到分流建筑物过流高程之前，分流建筑物无法有效分流，因而截流过程中，在截流困难期时各判别指标均超过标准
10%，甚至有的指标会超出标准20%以上。此时采用折线戗堤会导致高速水流淘刷戗堤下游坡脚，导致戗堤转折处坍塌，威胁人机安全，截流无法顺利进行。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在拦沙坎上开设分流孔进行截流分流的方法，以减小高难度截流分期截流的龙口流量，特别是在截流困难期减小龙口流量、落差和单宽功率，从而减少截流材料流失率，保障截流安全性和成功截流，提高截流工程的经济性。

[0004] 本发明所述在拦沙坎上开设分流孔进行截流分流的方法，其技术方案是：在横向拦沙坎和/或纵向拦沙坎上开设分流孔，所述分流孔的孔顶高程≤溢流堰堰顶高程，截流时，分流孔在溢流堰分流过水前开始分流过水，进入分流孔的水直接流入下游河道或经过水建筑物（例如厂房坝段底部修建的冲沙廊道）进入下游河道。

[0005] 上述截流分流方法，所述分流孔可以有多种形状，但从施工的角度考虑，优选矩形孔（含正方形孔）和椭圆形孔（含圆形孔）。若分流孔为矩形孔，所述矩形孔的高度为h，宽度为l，1m≤h≤10m，h︰l=1︰（0.4～2.5）。若分流孔为椭圆形孔，所述椭圆形孔的第一轴长度为a，第二轴长度为c，1m≤a≤10m，a︰c=1︰（0.4～2.5）。

[0006] 关于分流孔的尺寸和在拦沙坎上的开设位置主要根据分流量、分流孔后过流建筑物最大过流能力、拦沙坎前泥沙分布以及后期分流孔的封堵难度确定。当分流孔下游过流量受到冲沙廊道或导流底孔控制时，需根据冲沙廊道或导流底孔的过流能力确定分流孔尺寸，分流孔过流能力应与冲沙廊道或导流底孔过流能力相匹配。当分流孔后部无控制过流建筑时，分流孔应选择较大尺寸，以增大分流能力。

[0007] 为了防止泥沙对分流孔的堵塞，所述分流孔底部高程应大于截流时段分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程，且分流孔底部高程与分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程之间的高程差d=0.5m～2m。

[0008] 上述截流分流方法，在同一道拦沙坎上开设两个或两个以上分流孔时，相邻分流孔之间的间距b=1m～5m，以保证分流时的稳定性。实际应用中需考虑过流流量及稳定性选择分流孔个数。

[0009] 上述截流分流方法，同一道拦沙坎上开设的分流孔形状和尺寸最好相同。

[0010] 采用本发明所述方法，截流时，随着上游水位的上升，分流孔在溢流堰分流过水前开始分流过水，进入分流孔的水直接流入下游河道，或利用已建成冲沙廊道或预留底孔进入下游河道。此时为无压出流，流量随水位的增长较快，过流能力较强，能快速减小龙口流量。当水位高过分流孔孔顶时，分流孔为有压过流，同时溢流堰开始过流，两者共同分流，快速减小龙口流量，落差和单宽功率，缩短截流困难期持续时间。

[0011] 本发明具有以下有益效果：

[0012] 1、由于本发明方法在横向和/或纵向拦沙坎上开设分流孔，且分流孔的孔顶高程≤溢流堰堰顶高程，截流时，分流孔在溢流堰分流过水前开始分流过水，当水位高过分流孔孔顶时，分流孔和溢流堰两者共同分流，因而对于高难度截流工程（流速大于6m/s，落差大于6m，单宽功率大于80t·m/m·s)，可有效减小截流困难期内龙口流量、落差和单宽功率等水力学指标，从而减小截流材料使用量和流失率，减小截流材料备料方量，缩短截流困难期时间，保障截流的安全性和顺利进行（截流困难期内龙口流量可减小40%～70%，龙口最大流速减小15%～20%，龙口落差减小5%～15%，龙口最大单宽功率减小25%～40%，截流材料总流失率减小达38.8%～66.76%，见各实施例和对比例）；对于部分需要上游梯级电站进行控泄的工程，可以缩短截流时间，达到缩短上游控泄时间，提高工程经济性。

[0013] 2、本发明方法中分流孔的孔顶高程≤溢流堰堰顶高程，有利于上游水位达到溢流堰顶高程后，充分发挥溢流堰分流作用。

[0014] 3、本发明方法特别适用于分期导流建筑物后期截流，能够充分利用已建成冲沙廊道或预留底孔进行分流，并且可灵活选择合适的开孔位置和分流孔的类型，减小后期封堵难度，方法简单，施工容易，实用性强。

附图说明

[0015] 图1为在纵向拦沙坎上设有分流孔的分期截流工程布置图。

[0016] 图2为图1的A-A剖视图。

[0017] 图3为图1的B-B剖视图。

[0018] 图4为在横向拦沙坎上设有分流孔的分期截流工程布置图。

[0019] 图5是图4的C-C剖视图。

[0020] 图6为在横向和纵向拦沙坎上都设有分流孔的分期截流工程布置图。

[0021] 图7为图6的A-A剖视图。

[0022] 图中，1——河岸、2——戗堤、3——明渠导流墙、4——溢流堰、5——截流明渠、6——横向拦沙坎、7——分流孔、8——纵向拦沙坎、9——厂房坝段、10——冲沙廊道或预留底孔，11—截流时段分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程线、h——矩形分流孔高度、l——矩形分流孔宽度、a—椭圆形分流孔第一轴长度、c—椭圆形分流孔第二轴长度、b——相邻分流孔之间的间距。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图通过实施例对本发明方法作进一步说明。

[0024] 实施例1和对比例1的工程概况如下：

[0025] 某电站采用分期导流，其三期为明渠截流，截流流量650m3/s，该电站导流明渠底板高层982m，溢流堰顶高程994m，两者高差达到12m，三期截流时，需要龙口合龙到一定范围、水库水位壅高达到溢流堰堰顶高程后，溢流堰才能发挥分流作用。该工程高落差、大流速并存，截流抛投强度高，抛投料流失率大，具有一定截流失败风险。同时工程截流受到地形影响，无法采用明渠底板加糙技术，且无条件布置双戗堤，致使其流速达到10.01m/s、落差高达7.6m、单宽功率达到240t.m/(s.m)，截流难度较大。该工程已建成有冲沙廊道。

[0026] 针对上述工程，进行了以下两种截流分流的模拟试验：

[0027] 实施例1

[0028] 本实施例采用直线型戗堤2，在纵向拦沙坎8上设置了两个矩形分流孔7，如图1、图2、图3所示，两个分流孔的尺寸相同，高度h=10m，宽度l=4m，高度与宽度之比为1:0.4，两分流孔之间的间距b=1m。由分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程为982m，因而将分流孔底部高程设计为984m，使分流孔底部高程与分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程之间的高程差d=2m。

[0029] 试验结果：当龙口宽度为50m时，上游水位即达到984.69m，分流孔开始分流过水，达到了提前分流的效果。截流最困难时期出现在龙口宽度为20～15m时，此时分流孔流量3 3
达到295m/s，而龙口流量仅为220m/s，最大流速为8.36m/s，落差为6.92m，单宽功率最大值为165.98t.m/(s.m)。在该流量下其截流总流失率仅为10.2%，人工截流材料流失率仅为
8.7%，截流备料4.3万方，截流时间为44小时。

[0030] 对比例1

[0031] 本对比例采用折线形戗堤，未在拦沙坎上设置分流孔。

[0032] 试验结果：截流困难期为龙口宽度30m～15m时，此时溢流堰开始过流，流量为3 3
80m/s，龙口流量570m/s，最大流速高达9.93m/s，落差达到7.54m，单宽功率高达234t.m/(s.m)，其截流总流失率达到47.5%，人工截流材料流失率达到39.47%，备料方量为9.02万方，上游控泄时间为66小时。同时折线形戗堤转弯处崩塌明显，且折线形戗堤轴线较长，这意味着截流时间的增长，会导致上游控泄、机组闲置时间延长，工程代价高。

[0033] 实施例2和对比例2的工程概况如下：

[0034] 某电站为低坝电站，施工中采用分期导流，其最后一期为河床截流，截流流量3
270m/s，该电站河床高程为574m，考虑到库区淤积，故将溢流堰高程定为584m，两者高差达到10m，同时由于施工进度导致其分流建筑物单一，但电站厂房坝段预留过流底孔。

[0035] 针对上述工程，进行了以下两种截流分流的模拟试验：

[0036] 实施例2

[0037] 本实施例中，分流孔的设置如图4、图5所示，在横向拦沙坎6上开设了一个分流孔7，分流孔为矩形孔，矩形孔的高度h=2.5m，宽度l=1m，高度与宽度之比为1:0.4，估计该河流后期分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程值为578m，故将分流孔底部高程设计为578.5m，使分流孔底部高程与分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程之间的高程差d=0.5m。

[0038] 试验结果：截流困难期为15～10m时，截流过程中冲沙廊道最大过流量为105m3/3
s，龙口流量仅为110m/s，最大流速为6.12m/s，落差为6.73m，单宽功率最大值为92.7t.m/(s.m)，截流材料总流失率仅为20.29%，其中人工截流材料流失率为12.12%，截流备料3.4万方，截流时间为27小时。

[0039] 对比例2

[0040] 采用传统直线型戗堤截流，未在拦沙坎上设置分流孔。

[0041] 试验结果：截流困难期为龙口宽度20m～15m时，此时龙口流量达365m3/s，最大流速高达7.45m/s，落差达到7.22m，单宽功率高达147t.m/(s.m)，截流材料总流失率高达70%，其中人工截流材料流失率达到70.2%，同时需要更高的截流抛投强度及更多的人工截流材料，备料方量为4.2万方，经济性较低，截流时间为36小时。

[0042] 实施例3和对比例3的工程概况如下：

[0043] 某电站为河床式电站，施工中采用三期导流，其最后一期为明渠截流，截流流量3
520m/s，该电站河床高程为352m，考虑到库区淤积，故将溢流堰高程定为365m，两者高差达到13m，在明渠截流时所能考虑分流建筑物仅为4孔溢流堰，电站已建成冲沙廊道。

[0044] 针对上述工程，进行了以下两种截流分流的模拟试验：

[0045] 实施例3

[0046] 本实施例中，分流孔的设置如图6所示，在纵向拦沙坎8布置一个分流孔7，在横向拦沙坎6布置两个分流孔7。纵向拦沙坎8上开设的分流孔形状如图7所示，为椭圆形孔，该椭圆形孔的第一轴长度a=10m，第二轴长度c=4m，a︰c=1︰0.4。横向拦沙坎6上开设的两个分流孔为尺寸相同的椭圆形孔，所述椭圆形孔的第一轴长度a=1m，第二轴长度c=2.5m，a︰c=1︰2.5，两分流孔之间的间距b=5m。考虑电站运行后横向拦沙坎6前泥沙淤积最高高程为354m，故将分流孔底部高程设计为356m，使分流孔底部高程与分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程之间的高程差d=2m。考虑电站运行后纵向拦沙坎8前泥沙淤积最高高程为354m，故将分流孔底部高程设计为354.5m，使分流孔底部高程与分流孔底部处所堆积泥沙的最高高程之间的高程差d=0.5m。

[0047] 试验结果：截流困难期为龙口宽度20～10m时，截流过程中冲沙廊道最大过流3 3
量为227m/s，龙口流量为245m/s，最大流速为7.33m/s，困难期落差仅为8.96m，单宽功率最大值为146.6t.m/(s.m)，截流材料总流失率仅为23.24%，其中人工截流材料流失率仅为
16.13%，截流备料6.4万方，截流时间为45小时。

[0048] 对比例3

[0049] 采用传统直线型戗堤截流，未在拦沙坎上设置分流孔。

[0050] 试验结果：截流困难期为龙口宽度35m～10m时，此时龙口流量为430m3/s，龙口最大流速高达9.23m/s，落差达到10.31m，单宽功率高达203t.m/(s.m)，截流材料总流失率高达90%，其中人工截流材料流失率达到80.2%，需要更高的截流抛投强度及更多的人工截流材料，备料方量为10.2万方，经济性较低。截流时间为62小时。