水利水電工程樞紐布置設計

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【摘要】

針對水利水電樞紐工程布置設計相關內容，做了簡單的論述。在進行樞紐工程布置設計時，需要結合樞紐所處的壩區河段特點，從河勢與地形等方面綜合考慮，合理布設電站、船閘等建筑物，以確保水利水電工程的功能得以全面發揮。對于水利水電工程樞紐總布置設計，可以借助3D技術，通過建模設計，以確保樞紐布置設計的合理性。

【關鍵詞】

水利水電；樞紐工程；布置設計；三維可視化

隨著水利水電工程建設不斷增加，建設環境日益復雜，使得樞紐工程布置設計尤為重要。水利水電工程樞紐布置設計屬于系統工程，涉及到勘測、規劃、施工等專業，傳統的設計方法已經難以滿足設計效率的需求，信息技術的應用，能夠為工程樞紐布置設計提供極大的便利。

1工程案例概述

湘江長沙綜合樞紐工程為梯級水庫，是湘江干流航道發展規劃之一，正常蓄水位為29.7m，庫容為6.75億m3，船閘設計通航船舶噸級為2000t，電站裝機為57MW。湘江水量較為充沛，徑流年際變化較大，而且年內分布不均，在樞紐工程河段年內水位變化幅度達14m。樞紐河段屬于平原河流，河面較為寬廣，河道略微彎曲，河流比降相對較小。

2樞紐布置方案

2.1樞紐平面布置方案

此工程樞紐布置，主要包括船閘（2000t級）、泄洪閘、水電站、魚道等，為Ⅰ級工程，水工建筑物設計洪水標準為100a一遇、校核洪水標準為500a一遇。工程樞紐正常蓄水位與死水位為29.70m，對于船閘設計，按照20a一遇洪水位，來設計高水位，流量為21900m3/s，低水位按照P=98%水位來設計。船閘設置在蔡家洲左汊左側岸邊，電站設置在左汊右側洲邊，按照從左到右的順序，來布設建筑物工程，包括雙線船閘、排污槽、主泄水閘等，具體如圖1所示。

2.2樞紐平面布置特點

2.2.1樞紐泄流能力強

水利水電工程樞紐泄流能力和工程壩址有直接關系，尤其是壩址河勢與地形地貌等。此布置方案中，船閘上游引航道與導流堤設置位置為原左汊河道區域內的回流區，設置導流堤，能夠有效的調順水流，確保樞紐工程的泄流能力。按照100a一遇洪水標準，進行水工模擬試驗，獲得的壅高值為0.1m，泄洪能力較好[1]。

2.2.2通航條件較好

此樞紐工程壩址下游2km區域左岸存在支流溈水河，與湘江相匯，河寬為180m，2a一遇洪水流量為1580m3/s，10a一遇洪水流量為2750m3/s，20a一遇洪水流量為3350m3/s，出流和船閘連接段的航道交角為30°。此布置方案船閘通航條件試驗結果表明，因為船閘上游引航道口門區和連接段緩流區，通航水流條件可以達到設計要求，干流流量Q干為19700m3/s時，縱向最大流速值為1.76m/s，橫向最大流速值為0.28m/s，回流最大流速值為0.2m/s。干流流量為21900m3/s時，縱向最大流速值為1.79m/s，橫向最大流速值為0.3m/s，回流最大流速值為0.25m/s。就下游引航道口門區和連接段航道來說，當湘江干流和支流溈水為正常遭遇時，若Q干＜13500m3/s，可以滿足船舶航行要求。若13500m3/s≤Q干≤21900m3/s，受到導流堤的影響，口門區域右側航道內部橫流較大，可以在左側航線單線行駛。原方案存在導流堤堤頭挑流明顯與斜流大等問題，進行布置方案優化，改變船閘挑流堤平面型式，設置立式導流堤等，使得航道通航能力得以全面提升[2]。

2.3樞紐布置設計要點

結合長沙綜合樞紐設置的位置，結合自然條件，在左汊主河道區域內來布置電站與船閘，從樞紐泄流能力與船閘通航條件等方面綜合分析，將船閘設置在此側，能夠起到不錯的效果。此梯級綜合樞紐工程建設后，主要功能為發電、航運等，因此在設計時，要堅持確保船閘通航條件的原則，以及泄水閘泄洪能力的原則。當樞紐壩址所處的位置左右兩汊道分流比相差較大，而且河底高程相差較大，為了能夠確保樞紐工程的通航效果與發電效益，將船閘與電站等建筑物，給布置在主汊河道。為了保證樞紐工程下游河床的穩定性，在布置泄水閘孔時，最好能保證工程建設前后的分流比變化不大。若河流的含沙量較小，在主河道內順河，來設置船閘引航道時，盡量把船閘設置在流速相對較小的河岸側，以便發揮樞紐工程的泄流作用，確保船閘通航效果[3]。

3水利水電工程樞紐總體布置三維設計

3.1三維地形建模

基于布爾運算，進行后期三維模型設計，需要構建三維模型。借助三維設計技術，能夠為水利水電工程樞紐總體布置，提供極大的便利。三維地形模型構建是基礎，需要確保精度的準確性。通常水利水電樞紐工程布置區域較大，覆蓋面較廣，數據存儲量大，會影響到三維地形模型構建的效果。基于此，在構建時，需要確保等高線精度，以確保建模的效果。

3.2樞紐布置模型設計

在進行水利水電工程樞紐布置設計時，對于大壩與電站廠房等，可以按照相關標準規范，來設計三維模型，采取參數化或者模板化方法來建模。利用CATIA軟件，融合骨架設計思想，構建樞紐工程建筑物模型，進行數據轉化，將數據信息導入到3D軟件中，進行樞紐布置，也可以和施工總布置相互聯合。利用3D設計技術，能夠為水利水電工程樞紐布置設計，提供新的設計方法，能夠極大程度上提升工作效率，降低設計誤差。利用大數據信息與信息技術，來進行仿真模擬試驗，可以及時優化設計缺陷，確保水利水電工程樞紐布置的合理性與科學性。

4結束語

水利水電工程樞紐布置設計，要從樞紐使用的功能分析，嚴格按照設計要求，把握布置設計原則，結合工程實際，做好充分的調查工作，制定不同的布置方案，做好對比分析，選擇最為合適的布置方案，以確保工程建設的質量。

參考文獻

[1]陳雷，賓洪祥，別大鵬，李文峰，姚曉敏.碾盤山水利水電工程樞紐布置設計[J].水利水電技術，2016（08）：1~4.

[2]王小毛，郭艷陽，向光紅.三里坪水利水電樞紐工程布置設計及研究[J].人民長江，2012（06）：27~29+38.

[3]繆正建，王曙東.基于Civil3D的水利水電工程施工總布置三維設計[J].人民長江，2015（S1）：137~138+144.

作者:喻尚偉 單位:長沙市水利水電勘測設計院