[发明专利]一种改善水电站尾水隧洞明满流影响的逆坡堰结构

说明书

本发明提供了一种改善水电站尾水隧洞明满流影响的逆坡堰结构，尾水隧洞由导流洞改建，在尾水隧洞出口设置逆坡堰结构，逆坡堰结构上游迎水面采用逆坡流线形式，逆坡堰顶高程高于隧洞出口底板；逆坡堰下游河床高程不高于逆坡堰堰顶高程。本发明可以避免尾水隧洞明满流对隧洞衬砌结构的危害及对输水系统运行稳定性的影响，并且工程量小。

技术领域

本发明涉及一种改善水电站尾水隧洞明满流流态影响的逆坡堰结构。适用于水利水电工程领域。

背景技术

大型地下厂房式水电站，为节省工程投资，减小地下岩体开挖率，有效地维护岩体的完整性和稳定性。常采用尾水隧洞结合导流洞布置的形式，将导流洞改建为电站尾水隧洞，例如溪洛渡、二滩、乌东德和石门坎等水电工程。由于导流洞所承担的工程任务要求，一般底板高程较高，而电站尾水位的高低，受水库泄洪和发电流量的影响，水位变幅较大，当尾水位较低时，在水电站过渡过程中，尾水洞内发生明满流交替现象是不可避免的。

明满流交替的水流现象流态复杂，洞内时而有压，时而无压，并截留气囊，随水流运动，伴随压力脉动现象。较大的瞬变压力易导致隧洞结构破坏，同时也会影响电站运行的稳定性。为了确保发电输水系统建筑物和机组安全稳定运行，需要研究并采取明满流现象的改善措施。目前常用的改善方法主要有设置通气孔、缩短由导流洞改建的尾水隧洞长度及设置尾水调压室隔断影响。设置通气孔可以有效改善明满流引起的负压问题，从而减轻了脉动压力对衬砌结构的影响，但影响范围有限，需要设置较多通气孔。缩短由导流洞改建的尾水隧洞长度与最初利用导流洞改建尾水隧洞的目的相矛盾，设置尾调隔断可以减轻明满流现象对机组稳定性的影响，但造价很高，尾水隧洞不是特别长的情况下不会设置调压室。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，设计一种改善水电站尾水隧洞明满流影响的逆坡堰结构，以避免尾水隧洞明满流对隧洞衬砌结构的危害及对输水系统运行稳定性的影响，并且工程量小。

本发明所采用的技术方案是：一种改善水电站尾水隧洞明满流流态影响的逆坡堰结构，尾水隧洞由导流洞改建，其特征在于：在尾水隧洞出口设置逆坡堰结构，逆坡堰结构上游迎水面采用逆坡流线形式，逆坡堰顶高程高于隧洞出口底板；逆坡堰下游河床高程不高于逆坡堰堰顶高程。

进一步地：逆坡堰应设置在尾水隧洞出口明渠段。

进一步地：逆坡堰堰顶高程不超过尾水洞高度的三分之一。

当尾水位较低时，由导流洞改建的尾水隧洞内会发生明满流现象，

本发明在明满流尾水隧洞出口设置逆坡堰，当尾水位较低时，可以抬高尾水洞内水位，从而防止过渡过程工况下，明满流现象传播至导流洞改建段上游的缓坡洞段内，可以有效减小明满流现象发生的范围，从而减轻其对尾水隧洞衬砌结构及机组稳定性的影响。

本发明在明满流尾水隧洞出口设置逆坡堰，当尾水位较低时，正常发电运行工况(恒定流)下，尾水隧洞出口流态为跌水，下游库水位对洞内流态没有影响。而常规平坡出口方案，尾水洞内水位会受下游尾水位波动影响，从而影响尾水隧洞内流态及输水系统稳定性。

本发明在明满流尾水隧洞出口设置逆坡堰，可以增大尾水连接管进口负压极值，例如某工程应用本发明，尾水管进口负压极值增大2.86m，由原来的-0.9m增大到1.96m，改善效果非常明显，规范要求极值为-8.0m，应用本发明可以有效减小发生抬机等重大安全事故几率。

本发明在明满流尾水隧洞出口设置逆坡堰，可以增大尾水调压室最低涌浪水位，某工程应用本发明，尾水调压室最低涌浪比平坡出口方案高3.94m，规范要求尾水调压室最低涌浪水位至少高于阻抗板2.0m。所以本发明可以改善尾水调压室最低涌浪条件，进而避免尾水调压室出现露底的可能。

本发明要求逆坡堰下游河床高程不高于堰顶高程即可，可以减小堰后开挖量，节省大量工程投资。

附图说明