Перемещение грунтовых масс в нижнем бьефе при изменении режимов работы затворов гидроузла



Рассмотрены варианты пропусков воды в строительный период эксплуатации водосброса № 2 Богучанской ГЭС с гладкой сливной гранью и носком-трамплином для отброса струи в варианте с отклонителем струи и без в пролёте № 1.

Ключевые слова: водосброс, носок-трамплин, отклонитель струи, отброс струи, яма размыва.

Options of admissions of water during the construction period of operation of a spillway No. 2 of Boguchansky hydroelectric power station with a smooth drain side and a sock springboard for an otbros of a stream in option with an otklonitel of a stream and without in flight No. 1 are consiered.

Key words: spillway, ski jump bucket, ski jump, deflector basin, scouring basin.

Основная задача, стоящая при расчёте гидроузла, — избежать приближения ямы размыва к концевому участку быстротока и носку трамплину. Также при гашении избыточной энергии потока путём отброса струи в районе оси пересечения первого водосброса и донных водовыпусков образуется бар, который препятствует водотоку, изменяя вектора направления водотоков, образуя зону с наименьшим давлением куда вместе с потоками воды поступают и грунтовые материалы из-под носка трамплина первого водосброса. Целью исследования является водосброс № 2 Богучанской ГЭС в период временной эксплуатации.

Перепад высот между оголовком гребня водостока и носком трамплином составляет 35,2м. Расход в строительный период составлял 13500 м³/с при обеспеченности Р=0,2 %

Рис 1. Трансформированный гидрограф паводка с Qр=0.2 % =13500 куб.м/с при строительном пропуске расхода и модельный гидрограф

Основание водосброса было сложено трещиноватой скалой. Трещины формировали отдельные блоки размерами от 0.3x0.3 до 5х5м на поверхности 1х1 м до 20х20х10м в основании водосброса. Чтобы максимально приблизить данные к натурным использовался щебень трёх фракций. На основании этих данных была создана модель данного гидроузла в масштабе 1:60.

Были рассмотрены и проанализированы два варианта водосброса с отбросом струи. Первый вариант без отклонения второй вариант с отклонителем. Отклонитель расположен в первом пролёте и имеет ступенчатую форму. Угол отклонения составляет 10⁰

а б

Рис. 2 Общий вид потока на выходе из водосброса № 2: а) с отклонителем в первом пролёте б) без отклонителя

За период строительства гидроузла осуществлялся пропуск строительных расходов через водосброс № 1. Соответственно это привело к формированию достаточно большой протоки, которую необходимо учитывать при расчёте водосброса № 2. Были произведены пропуски воды на модели для приведение площадки к условию максимально приближенной к натурной. После этого включился в работу водосброс № 2. Режим работы водосброса подразумевает постепенное включение пролётов, таким образом чтобы избежать смещение бара в сторону здания ГЭС и соответственно снижения выработки турбин за счёт изменения водотоков и смещения их в сторону остальных водовыпусков. При включении второго и первого пролёта за ямой размыва начал формироваться бар, частично смещённый в сторону здания ГЭС. В подструйном пространстве за счёт эжекции произошло понижение уровня воды, которое повлияло на работу водовыпускных труб ГЭС (Это было зафиксировано пьезометрами установленными в трубах)

Развития бара за водовыпускными трубами ГЭС при увеличении пропусков расходов через водосброс № 2, а именно 1 и 2 пролёты будет увеличиваться и повлияет на характеристики гидротурбин, и тем самым снизит период окупаемости гидроузла. По предварительным данным размыв носка трамплина при формировании бара не выявлен. Основная задача экспериментом стоит в уменьшения размера бара в зоне ГЭС.

Ямы размыва в варианте без отклонителя потока показаны на рисунках 3 и 4 на расстоянии 66 и 120 м от торцевой грани водосброса № 2.

Рис. 3. Поперечный разрез ямы размыва на расстоянии 66 м от торцевой грани водосброса № 2 без использованием отклонителя.

Рис. 4. Поперечный разрез ямы размыва на расстоянии 120 м от торцевой грани водосброса № 2 без использованием отклонителя

Один из вариантов заключался в разработке отклонителя для изменения траектории струи позволяющий поток отклонить в сторону водосброса № 1 Отклонитель имеет форму трёхступенчатого каскадного в верхней части с заваленной под углом профилем. Что позволяет закручивать и уплотнять поток отбрасываемый от водосброса № 2 смещая его в сторону водосброса № 1 Данный отклонитель представлен на рис. 5

Рис. 5. Общий вид потока на выходе из водосброса № 2 с использованием отклонителя, и началом пропуска расходов с первого пролёта относительно оси турбинных камер

При устройстве отклонителя бар перестал смещатся в сторону ГЭС, а начал движение в сторону водосброса № 1 и далее при включении 3 и 4 пролётов сместился по направлению движения потока.

Ямы размыва в варианте с отклонителем потока показаны на рисунках 6 и 7 на расстоянии 66 и 120 м от торцевой грани водосброса № 2.

Рис. 6. Поперечный разрез ямы размыва на расстоянии 66 м от торцевой грани водосброса № 2 с использованием отклонителя.

Рис. 7. Поперечный разрез ямы размыва на расстоянии 120 м от торцевой грани водосброса № 2 с использованием отклонителя.

Сравнение параметров ям размывов этих вариантов позволяет сделать следующие выводы:

1) Использование отклонителя положительно сказалось на работе гидрогенераторов № 7,8 и 9 Бар существенно уменьшился и с увеличением интенсивности работы водосброса не стал увеличиватся в зоне водовыпусков.

2) Работа отклонителя наиболее благоприятна при больших напорах. Следовательно, в эксплуатационном режиме можно ожидать более эффективную работу откланителя.

3) При использовании отклонителя и пропуске расхода с первого пролёта по пятый пролёт, происходит разделение в плане потока на два фронта. Так, поток направленный пятым, четвёртым и частично третьим пролётом, а также продукты ямы размыва при отбросе носком трамплином ориентированы в сторону промоины образованной водосбросом № 1. Тогда как первый и второй пролёт, несмотря на наличае отклонителя, увеличивает глубину в яме размыва напротив второго и третьего пролётов.

4) Для более эффективной работы водосброса № 2 необходимо начать пропуск расходов с пятого по первый пролёт отнасительно оси турбинных камер при использовании отклонителя (в настоящее время ведутся исследования)

Литература:

1. СНиП II-50–74. Гидротехнические сооружения речные. Основные положения проектирования; разраб. ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева и Гидропроектом им. С. Я. Жука Минэнерго СССР с участием Гипроречтранса Минречфлота РСФСР и др.; утв. Государственным комитетом СССР по делам строительства 13.09.1974. — М.: Стройиздат, 1975. — 24 с. [1]
2. СНиП 33–01–2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения; разраб. “ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева” с участием ОАО “Институт Гидропроект”, ОАО “Ленгидропроект” и др.; утв. Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу (Госстрой России) 30.06.2003. — М.: ЦИТП Госстроя России, 2004. — 23 с. [2]
3. СНиП 2.06.01–86. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования; разраб. ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, Гидропроектом им. С. Я. Жука, ЛО Атомтеплоэлектропроектом и др.; утв. Государственным комитетом СССР по делам строительства 01.07.1987. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. — 32 с. [3]
4. Новикова, И. С. Гидравлические исследования и выбор конструкции эксплуатационного водосброса № 2 Богучанской ГЭС / И. С. Новикова, В. Б. Родионов, В. М. Семенков // Гидротехническое строительство. — 2007. — № 9. — С. 54–60.
5. Павловский, Н. Н. Гидравлический справочник / Н. Н. Павловский. — Л-М., ОНТИ. Главн. ред. энергетич. лит., 1937. — 890 с.
6. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: Справочное пособие / Д. Д. Лаппо, А. Б. Векслер, Т.Г Войнич-Сяноженцкий. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 624 с.