摘要：構皮灘水電站是烏江干流梯級開發的控制性工程。該電站泄洪消能具有高水頭、大泄量、窄河谷、軟基礎的特點，介紹了泄洪消能建筑物布置和設計方案、水工模型試驗研究成果以及工程泄洪運行和原型觀測成果。對比分析了原型觀測成果與模型試驗成果。自2008年11月蓄水以來，工程經歷了10個汛期，20次泄洪檢驗。實踐應用表明，構皮灘大壩泄洪消能建筑物設計合理，下游消能充分，可滿足工程安全匯洪需求。構皮灘高拱壩泄洪消能設計經驗可為同類工程提供有益的參考和借鑒。
關鍵詞：泄洪消能;原型觀測;運行檢驗;構皮灘水電站
1 概述
1.1 工程簡介
構皮灘水電站位于貴州省余慶縣境內，是烏江干流梯級開發的控制性工程。構皮灘水電站正常蓄水位630m，死水位590m;水庫總庫容64.51億m3，調節庫容29.02億m3，具有多年調節能力。電站裝機容量3000MW，多年平均發電量96.82億kW·h[1]。
攔河大壩為拋物線形混凝土雙曲拱壩，壩頂高程640.5m，河床建基面高程410m，最大壩高230.5m，壩頂弧長552.55m，厚高比0.216。工程泄洪以壩身泄洪為主，岸邊泄洪為輔。河床溢流壩段布置6個表孔、7個中孔泄洪，壩下設水墊塘消能。左岸布置1條泄洪洞輔助泄洪;右岸布置首部式地下廠房，共安裝5臺600MW水輪發電機組，引水系統采用單機單洞、尾水系統二機一洞加一機一洞、主廠房和主變洞、調壓室三大洞室平行的布置格局。通航建筑物為三級垂直升船機，布置在左岸煤炭溝至野狼灣一線，設計通航標準為Ⅳ級航道，可通行500t級船舶。構皮灘水電站樞紐平面布置見圖1。
1.2 工程建設及運行情況
構皮灘水電站工程于2003年11月開工，2004年11月實現大江截流;2005年10月開始壩體混凝土澆筑;2008年11月導流洞下閘封堵、工程開始第一階段蓄水;2009年6月8日導流底孔下閘封堵、工程開始第二階段蓄水，2014年7月水庫達到正常蓄水位;2009年7月首臺機組投產發電，同年11月大壩混凝土澆筑至設計壩頂高程，同年12月電站5臺機組全部投產發電。工程已經歷10個汛期，20次泄洪檢驗。
2 泄洪消能設計方案
2.1 設計特點及難點
構皮灘水電站壩高230.5m，樞紐校核洪峰流量35 600m3/s，相應樞紐最大下泄流量28900m3/s，最大泄洪功率為42380MW。壩身最大泄量25840m3/s，上下游水頭差近150m，壩身最大泄洪功率37940MW，在建時均居國內外雙曲拱壩之首。壩址河谷狹窄，呈“V”形，枯水期水面寬度30～60m，常遇洪水水面寬90～110m，設計、校核洪水水面寬僅140～150m。壩址緊鄰峽谷出口，巖體呈現上游硬下游軟的特點，壩下游200m范圍內為灰巖，以下為黏土巖和頁巖，抗沖能力低。“高水頭、大泄量、窄河谷、軟基礎”是構皮灘水電站泄洪消能的突出特點，泄洪消能設計難度大。國內外部分特高雙曲拱壩壩身泄洪指標見表1[2]。
2.2 泄洪消能建筑物布置
構皮灘水電站在壩身布置6個表孔，7個中孔泄洪，壩下采用人工護底水墊塘消能。左岸布置1條泄洪洞輔助泄洪，泄洪洞進口底高程為550.00m、控制斷面尺寸為10m×9m，采用有壓洞平面轉彎龍落尾型明流隧洞的型式，泄洪洞采用護坡加預挖沖坑消能的布置方案。壩身還設有2個孔口尺寸3.80m×6.00m的放空底孔，孔底高程為490.00m，用于水庫放空和后期導流的放空。
表孔泄量大、運行靈活、可局部開啟，一般常遇洪水條件下，優先開表孔泄洪，其次為中孔，泄洪洞僅在表中孔泄流能力不足時啟用，此時下游水墊深厚，消能安全有保障。
2.3 壩身孔口設計方案
2.3.1 孔口體形設計原則
壩身孔口設計與下游水墊塘消能設計密切相關，水墊塘的底板高程受表孔單獨泄流控制，其長度受中孔單獨泄流控制，水墊塘底板沖擊壓力是消能設計的關鍵控制指標。由于構皮灘水電站泄洪功率大，水墊塘單位水體消能率高，為避免能量疊加，減小水墊塘底板的沖擊動水壓力，均化水墊塘的消能負擔，孔口體型設計采取“分散水舌、分區消能”的原則;同時考慮壩址河谷狹窄，為避免水舌干砸水墊塘邊坡，在適當消能的同時盡量降低泄洪霧化影響，表中孔水舌遵循“適度碰撞”的原則進行設計[3]。
2.3.2 孔口布置方案
構皮灘水電站壩身6個表孔的孔口尺寸為12.00m×13.00m(寬x高)，堰頂高程為617.00m，中孔尺寸為7.00m×6.00m(寬x高)，出口平均高程為550.00m。中孔布置于表孔閘墩下方，其中心線與閘墩中心線重合。泄洪孔呈弧線布置，軸線半徑R=350m。表、中孔平面總布置見圖2。
2.3.3 孔口體形設計方案
(l)表孔體形設計。表孔堰頂高程617.00m，堰面采用WES曲線，堰面曲線方程為y=0.04187x1.85。1號和6號孔采用-20°挑角出流，2號和5號孔采用0°挑角出流，3號和4號孔采用-30°出流，各表孔的出口處布置了不同型式的分流齒坎，以擴散水舌進人墊塘的面積。表孔下游立視見圖3。
(2)中孔體形設計。中孔為有壓孔型式，弧形工作門布置在出口處，平板事故檢修門布置于進口處，1，3，5，7號孔為平底出流，2，6號孔為25°挑角出流，4號孔為10°挑角出流，見圖4，5。
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