余記遠+陳豪
摘 要：本文根據小灣電站泄流霧化的原觀資料，對低水位不同泄流工況產生霧化進行了分析，初步得出了低水位泄流時霧化影響範圍和降雨強度，並針對本次原型觀測中存在的問題進行了總結，為小灣水電站後續霧化研究提供了參考依據。
關鍵詞：小灣水電站 聯合消能 降雨強度 泄流霧化
概述
小灣水電站位於雲南省西部南澗縣與鳳慶縣交界的瀾滄江中遊河段，在幹流河段與支流黑惠江交匯處下游1.5km處，系瀾滄江中下遊河段規劃八個梯級中的第二級。小灣水電站水庫庫容150億m3，系瀾滄江中下遊河段的「龍頭水庫」，具有不完全多年調節能力。小灣水電站壩址區山高谷窄，最大泄流落差226.26m，最大泄流流量20683m3/s（校核洪水），相應下泄功率6400萬kw，為世界同類壩型前列，其 「大泄量、高水頭、窄河谷」的泄流消能問題突出，而且由壩體泄量約占樞紐泄洪總量的60%，因而隨之產生的泄流霧化令人擔憂。
開展水力學原型觀測試驗受來水和電網調度影響較大，截止2013年汛期，小灣水電站在1100m、1127.82m低水位時開展了兩次原型觀測。壩身導流期水力學原型觀測工況下主要開展了壩身導流中底孔、放空底孔、壩後水墊塘的流態、動水壓力、底流速、震動、空穴監聽及泄流霧化等水力學觀測項目，本文重點研究泄流時產生的霧化降雨情況，分析霧化降雨強度和降雨量縱、橫向分布。霧化分級依據南京水科院泄流霧化分級表1。
表1 南京水科院泄流霧化分級表
泄流霧化的初步觀測成果
1、霧化觀測方法
泄流霧化觀測以人工測量、攝像和照相三種方法相結合的方式進行。在正式觀測前，觀察確定霧化觀測點範圍和布點位置。測點重點布置在下游公路、兩岸邊坡、電站的進廠公路上。霧化雨量測量時使用雨量桶進行，在閘門開啟前，將雨量桶布置在需要測量的位置，閘門開啟後，觀察霧化的區域，並根據霧化的區域，最終確定雨量桶放置的位置，並做好記號。正式測量開始前，雨量桶蓋始終關閉，當閘門打開到所測量工況並穩定後，打開雨量桶蓋並記錄雨量桶打開的時間，當測量一段時間後，關閉雨量桶蓋，並依次記錄每個桶蓋子關閉的時間，把雨量桶移出霧化區，測量降雨量。同時，根據先前每個雨量桶的位置記號，測量雨量桶的坐標。
霧化觀測時，同時對觀測區內的自然氣象和泄流條件下的風向、風速進行觀測，以綜合分析描述泄流霧化區的範圍及擴散趨勢，與其地形條件、自然氣象條件及泄流流量等因素的影響關係。通過攝像和照相的方式，記錄水舌霧化縱向和橫向擴散的範圍，分析研究霧化的影響範圍。
2、霧化觀測實況
2.1導流中孔局部開啟的霧化觀測
水位1100m時，1#、2#、3#孔導流中孔每個閘門均局部開啟2.5m，總泄流量為1250m3/s。霧化測點在左岸1020m平台A區布置15個測點，1035m平台B區布置7個測點，右岸1020m平台A區布置17個測點，1030m平台B區布置10個測點。典型測點霧化測量結果見表2。
表2 庫水位1100m霧化典型測點統計表
由表2可知，左岸▽1020m壩後150m區域內監測點降雨量最大為12.37mm/h，最小為3.28mm/h，此區域降雨強度較大，根據南京水科院對霧化進行的分級，此區域霧化強度等同於天然大暴雨或者特大暴雨。左岸▽1035m平台基本無降雨，受霧化影響很小；右岸▽1020m壩後150m區域內監測點降雨量最大為12.56mm/h，最小為3.39mm/h，壩後150m區域外降雨量逐漸減小，其霧化強度等同於天然大暴雨或者特大暴雨。右岸▽1030m平台降雨量較小，受霧化影響較小。由上可知，當導流中孔單獨泄流時，霧化區主要集中在壩後150m以內及1030m高程以下，此區域霧化強度等同於天然大暴雨，在1020m平台上人穿雨衣基本上可以通行。
2.2導流中孔、放空底孔聯合泄流的霧化觀測
水位1127.82m時，觀測工況如表3 所示。在左岸1020m平台A區布置11個測點，1035m平台B區布置7個測點。右岸1020m平台A區布置16個測點，1030m平台B區布置11個測點，1060m平台C區布置5個測點。典型測點霧化測量結果見表4。
表3 庫水位1127.82m觀測工況
表4 庫水位1128m霧化典型測點統計表
根據表4得到，兩種工況下左岸▽1020m平台降雨強度集中在壩後250m區域內，最大降雨強度達331.12mm/h，此區域降雨強度大於特大暴雨，從壩後250m後開始，降雨強度逐漸減小，壩後337m處測點觀測時間內基本沒有接到雨水，250m～330m之間區域降雨強度等同於天然大暴雨。
建議及意見
通過本次原型觀測，初步得出了低水位泄流時霧化影響範圍和降雨強度，但也暴露出一些問題，針對這些問題，提出如下意見和建議：
泄流霧化原型觀測的主要內容包括泄流霧化降雨、泄流霧化濃度及霧化流運動擴散的形態範圍等，由於本次原觀水位低，下泄流量小，工況簡單，未對霧化濃度及霧化流動擴散的形態範圍作深入研究，建議高水位泄洪表、中孔及泄洪洞泄流時，增加上述兩個方面的觀測內容。
本次觀測水位較低且工況簡單，霧化影響範圍較小，降雨強度相對較低，但壩後300m範圍內降雨強度遠大於特大暴雨，人員及車輛在此範圍內活動比較危險。本次霧化觀測主要採用人工測量，不同工況聯合泄流時霧化將愈加嚴重，安全隱患會較大，建議後續的霧化觀測採用自動化測量裝置。
考慮到後續觀測工況水位高，泄流表、中孔泄流時霧化影響範圍廣，降雨強度大，風速較高等特點，應根據本次原型觀測的結果和經驗，有針對性的布置監測點。
參考糯扎渡、二灘等水電工程泄流洞泄流的霧化情況，建議重點對泄流中、表孔聯合泄流、泄流洞泄流等工況的風速、風向做重點測量，以確定泄流霧雨的漂移擴散方向。同時應解決在不關閉閘門情況下不同工況轉換時自動化測量設備工作的連續性、穩定性。
小灣壩址區地形條件複雜，制定邊坡綠化方案時應充分考慮泄流雨霧影響。
結語
通過泄流霧化觀測試驗，初步得出了小灣水電站泄流的霧化降雨強度及影響範圍，雖然本次觀測壩前水位較低，泄洪工況較為簡單，但通過本次原型觀測，為今後小灣水電站高水位複雜工況下開展泄流霧化原型觀測提供了寶貴的經驗和參考依據。
參考文獻：
[1] 周輝，吳時強，陳惠玲.泄洪霧化的影響及其分區和分級防護初探.
[2] 小灣水力學原型觀測報告.中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院科學研究分院.
（作者單位：華能瀾滄江水電有限公司）
摘 要：本文根據小灣電站泄流霧化的原觀資料，對低水位不同泄流工況產生霧化進行了分析，初步得出了低水位泄流時霧化影響範圍和降雨強度，並針對本次原型觀測中存在的問題進行了總結，為小灣水電站後續霧化研究提供了參考依據。
關鍵詞：小灣水電站 聯合消能 降雨強度 泄流霧化
概述
小灣水電站位於雲南省西部南澗縣與鳳慶縣交界的瀾滄江中遊河段，在幹流河段與支流黑惠江交匯處下游1.5km處，系瀾滄江中下遊河段規劃八個梯級中的第二級。小灣水電站水庫庫容150億m3，系瀾滄江中下遊河段的「龍頭水庫」，具有不完全多年調節能力。小灣水電站壩址區山高谷窄，最大泄流落差226.26m，最大泄流流量20683m3/s（校核洪水），相應下泄功率6400萬kw，為世界同類壩型前列，其 「大泄量、高水頭、窄河谷」的泄流消能問題突出，而且由壩體泄量約占樞紐泄洪總量的60%，因而隨之產生的泄流霧化令人擔憂。
開展水力學原型觀測試驗受來水和電網調度影響較大，截止2013年汛期，小灣水電站在1100m、1127.82m低水位時開展了兩次原型觀測。壩身導流期水力學原型觀測工況下主要開展了壩身導流中底孔、放空底孔、壩後水墊塘的流態、動水壓力、底流速、震動、空穴監聽及泄流霧化等水力學觀測項目，本文重點研究泄流時產生的霧化降雨情況，分析霧化降雨強度和降雨量縱、橫向分布。霧化分級依據南京水科院泄流霧化分級表1。
表1 南京水科院泄流霧化分級表
泄流霧化的初步觀測成果
1、霧化觀測方法
泄流霧化觀測以人工測量、攝像和照相三種方法相結合的方式進行。在正式觀測前，觀察確定霧化觀測點範圍和布點位置。測點重點布置在下游公路、兩岸邊坡、電站的進廠公路上。霧化雨量測量時使用雨量桶進行，在閘門開啟前，將雨量桶布置在需要測量的位置，閘門開啟後，觀察霧化的區域，並根據霧化的區域，最終確定雨量桶放置的位置，並做好記號。正式測量開始前，雨量桶蓋始終關閉，當閘門打開到所測量工況並穩定後，打開雨量桶蓋並記錄雨量桶打開的時間，當測量一段時間後，關閉雨量桶蓋，並依次記錄每個桶蓋子關閉的時間，把雨量桶移出霧化區，測量降雨量。同時，根據先前每個雨量桶的位置記號，測量雨量桶的坐標。
霧化觀測時，同時對觀測區內的自然氣象和泄流條件下的風向、風速進行觀測，以綜合分析描述泄流霧化區的範圍及擴散趨勢，與其地形條件、自然氣象條件及泄流流量等因素的影響關係。通過攝像和照相的方式，記錄水舌霧化縱向和橫向擴散的範圍，分析研究霧化的影響範圍。
2、霧化觀測實況
2.1導流中孔局部開啟的霧化觀測
水位1100m時，1#、2#、3#孔導流中孔每個閘門均局部開啟2.5m，總泄流量為1250m3/s。霧化測點在左岸1020m平台A區布置15個測點，1035m平台B區布置7個測點，右岸1020m平台A區布置17個測點，1030m平台B區布置10個測點。典型測點霧化測量結果見表2。
表2 庫水位1100m霧化典型測點統計表
由表2可知，左岸▽1020m壩後150m區域內監測點降雨量最大為12.37mm/h，最小為3.28mm/h，此區域降雨強度較大，根據南京水科院對霧化進行的分級，此區域霧化強度等同於天然大暴雨或者特大暴雨。左岸▽1035m平台基本無降雨，受霧化影響很小；右岸▽1020m壩後150m區域內監測點降雨量最大為12.56mm/h，最小為3.39mm/h，壩後150m區域外降雨量逐漸減小，其霧化強度等同於天然大暴雨或者特大暴雨。右岸▽1030m平台降雨量較小，受霧化影響較小。由上可知，當導流中孔單獨泄流時，霧化區主要集中在壩後150m以內及1030m高程以下，此區域霧化強度等同於天然大暴雨，在1020m平台上人穿雨衣基本上可以通行。
2.2導流中孔、放空底孔聯合泄流的霧化觀測
水位1127.82m時，觀測工況如表3 所示。在左岸1020m平台A區布置11個測點，1035m平台B區布置7個測點。右岸1020m平台A區布置16個測點，1030m平台B區布置11個測點，1060m平台C區布置5個測點。典型測點霧化測量結果見表4。
表3 庫水位1127.82m觀測工況
表4 庫水位1128m霧化典型測點統計表
根據表4得到，兩種工況下左岸▽1020m平台降雨強度集中在壩後250m區域內，最大降雨強度達331.12mm/h，此區域降雨強度大於特大暴雨，從壩後250m後開始，降雨強度逐漸減小，壩後337m處測點觀測時間內基本沒有接到雨水，250m～330m之間區域降雨強度等同於天然大暴雨。
建議及意見
通過本次原型觀測，初步得出了低水位泄流時霧化影響範圍和降雨強度，但也暴露出一些問題，針對這些問題，提出如下意見和建議：
泄流霧化原型觀測的主要內容包括泄流霧化降雨、泄流霧化濃度及霧化流運動擴散的形態範圍等，由於本次原觀水位低，下泄流量小，工況簡單，未對霧化濃度及霧化流動擴散的形態範圍作深入研究，建議高水位泄洪表、中孔及泄洪洞泄流時，增加上述兩個方面的觀測內容。
本次觀測水位較低且工況簡單，霧化影響範圍較小，降雨強度相對較低，但壩後300m範圍內降雨強度遠大於特大暴雨，人員及車輛在此範圍內活動比較危險。本次霧化觀測主要採用人工測量，不同工況聯合泄流時霧化將愈加嚴重，安全隱患會較大，建議後續的霧化觀測採用自動化測量裝置。
考慮到後續觀測工況水位高，泄流表、中孔泄流時霧化影響範圍廣，降雨強度大，風速較高等特點，應根據本次原型觀測的結果和經驗，有針對性的布置監測點。
參考糯扎渡、二灘等水電工程泄流洞泄流的霧化情況，建議重點對泄流中、表孔聯合泄流、泄流洞泄流等工況的風速、風向做重點測量，以確定泄流霧雨的漂移擴散方向。同時應解決在不關閉閘門情況下不同工況轉換時自動化測量設備工作的連續性、穩定性。
小灣壩址區地形條件複雜，制定邊坡綠化方案時應充分考慮泄流雨霧影響。
結語
通過泄流霧化觀測試驗，初步得出了小灣水電站泄流的霧化降雨強度及影響範圍，雖然本次觀測壩前水位較低，泄洪工況較為簡單，但通過本次原型觀測，為今後小灣水電站高水位複雜工況下開展泄流霧化原型觀測提供了寶貴的經驗和參考依據。
參考文獻：
[1] 周輝，吳時強，陳惠玲.泄洪霧化的影響及其分區和分級防護初探.
[2] 小灣水力學原型觀測報告.中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院科學研究分院.
（作者單位：華能瀾滄江水電有限公司）
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