5.6.4.1　锦屏一级水电站泄洪雾化

1.锦屏一级水电站的泄洪消能分析

锦屏一级水电站坝址区域河谷狭窄，岸坡陡峻，为典型的深切V形河谷。其设计泄洪流量为12297m3/s，校核泄洪流量为13897m3/s，最大泄洪水头为221.70m，泄洪功率最高可达3345.6万kW，是典型的“窄河谷、高水头、大流量”水利枢纽。

根据枢纽泄洪消能的基本任务、工程特点、地形地质条件，锦屏一级水电站泄洪消能建筑物的布置为：枢纽泄洪消能建筑物主要由4个表孔、5个深孔、2个放空底孔以及坝后水垫塘、右岸1条有压接无压泄洪洞组成。

表孔孔口尺寸为11.0m×10.0m，采用弧门挡水，堰顶高程为1870.00m，出口采用窄缝消能，孔口宽度由11.0m收缩至3.6m，出口高程为1847.50m。深孔孔口尺寸为5.0m×6.0m，出口高程为1789.00～1790.00m，深孔出口为俯角的，孔身采用下弯的型式，孔口俯角分别为12°或5°，出口为挑角的，孔身采用上翘的型式，出口挑角为5°。坝后水垫塘为复式梯形断面型式，底板高程为1595.00m，底板厚为4.0m，底板水平宽度45.0m，水垫塘边墙顶高程为1659.00m，防浪墙顶高程为1660.00m。二道坝坝顶高程为1642.00m，中心线至拱坝轴线的距离为386.5m。

右岸设1条泄洪洞，采用有压接无压、洞内“龙落尾”的型式。泄洪洞进口布置在普斯罗沟沟口，紧靠厂房进水口右侧，进水口为深水岸塔式进口，塔顶高程为1886.00m，圆形有压洞接明流隧洞，利用“龙落尾”的形式与出口挑流鼻坎连接。泄洪洞出口置于右岸道板沟上游，出口采用挑流消能，总长约1407m。

2.左岸Ⅳ～Ⅵ号山梁泄洪雾化降雨范围的预测

根据以上所述，可以看出泄洪雾化问题是一个复杂物理过程，目前还未能有非常行之有效的方法对泄洪雾化的降雨强度及范围进行准确的预测，但由于工程需要，目前普遍采用较多的方法是模型试验以及原型观测的方法。

锦屏一级水电站在水力条件、泄洪消能方式、地形条件等方面与二滩水电站均较为相似，其原型观测成果最具参考价值。

以下是雾化降雨范围估算公式：

纵向距离：L=（2.3～3.4）H；

横向距离：B=（1.5～2.0）H；

高度范围：T=（0.8～1.4）H。

其中H为上下游水头差。以上公式主要是计算浓雾降雨区的范围，未考虑物流飘散区的范围。

按照以上估算公式，分别得到锦屏一级水电站泄洪雾化降雨的纵向距离约为500～750m，横向距离约为330～440m，高度范围约为180～300m。由于前面分析了锦屏一级水电站具有“高水头、大流量、窄河谷”的显著特点，因而为了安全起见，长度范围取大值，为750m，包含了整个左岸Ⅳ～Ⅵ号山梁的长度范围；结合计算得出的横向以及高度范围，参考左岸Ⅳ～Ⅵ号山梁的地形条件，最终计算采用的降雨范围可延伸至高程1900.00m，预测范围见表5.24。

表5.24　坝址泄洪雾化区预测范围

3.右岸雾化区猴子坡稳定性研究

根据表5.23表明，猴子坡距大坝约有600m，属于雾化分区中的激溅暴雨区。根据泄洪雾化范围、泄洪雨强分布图以及猴子坡的地质情况，选取猴子坡剖面1-1为参考地质剖面（图5.38）。根据剖面1-1图和地形平面图，计算域左侧边界延伸至高程2164.00m处，计算域底部取至高程1480.00m处。根据风化卸荷情况以及剖面所在位置，将计算域划分为多个渗透性分区。分区情况和分区的渗透参数如图5.39所示。

图5.38　剖面位置

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图5.39　计算典型剖面与参数分区

渗流场规律：雾化雨作用下3天坡体含水量逐渐升高，压力水头也同时升高，第1天时在坡面高程1737.00～1785.00m处出现暂态饱和区，向坡内延伸垂直深度约36m，压力水头最大值为20m。第3天时坡脚高程1685.00m处已经出现暂态饱和，坡面压力水头最大值约为40m。第4～10天，坡体水分分布进一步调整，边坡局部地方压力水头继续升高。第4天，坡脚处的压力水头最大值为30.8m，随着高程的增加，压力水头逐渐降低，到高程1756.00m压力水头降低至0。第7天时，边坡上部非雾化区局部区域压力水头仍在调整，雾化区局部饱和区及压力水头缓慢下降。第10天时，边坡上部非雾化区局部区域压力水头和含水量基本调整完毕，此时，暂态饱和区的自由面已下降至高程1736.00m（表5.25）。

表5.25　锦屏一级水电站右岸雾化雨强度分布规律

5.6.4.2　瀑布沟水电站泄洪雾化

瀑布沟水电站水库正常蓄水位850.00m，汛期运行限制水位841.00m，死水位790.00m，消落深度60m，设计水头186.00m，总库容53.37亿m3，调节库容38.94亿m3，为不完全年调节水库。

枢纽总布置为河床中建砾石土心墙堆石坝，引水发电建筑物，一条岸边开敞式溢洪道、一条深孔无压泄洪洞均布置于左岸，右岸设置一条放空洞。

堆石坝采用设计洪水频率P=0.2%，重现期500年一遇，相应洪峰流量9460m3/s，设计洪水位850.24m；校核洪水采用可能最大洪水（PMF），相应洪峰流量15250m3/s，校核洪水位853.84m。泄洪建筑物按重现期500年洪水设计、最大可能洪水校核。

下游河道及雾化边坡防护按100年一遇洪水设计。相应入库洪水流量为8230m3/s，控泄出库流量为7900（叠加尼日河来流量10750）m3/s。100年洪水运行工况泄量分配：溢洪道泄量4500m3/s，泄洪洞泄量2000m3/s，机组过流1400m3/s。

（1）泄洪洞布置。泄洪洞布置于左岸，总长2024.82m，为无压洞，出口采用挑流消能。泄洪洞进口底板高程795.00m，洞身段采用同一底坡i=0.058，出口挑坎起挑高程为677.89m，最大泄量3418m3/s，挑坎上的最大单宽流量164.5m3/（s·m），最大泄洪水头183.00m，洞身最大流速约40m/s，鼻坎顶的最大流速为33.86m/s。

泄洪洞出口位于瀑布沟沟口上游，出口挑坎形式为扭曲斜切鼻坎，过水面底板宽度由12.0m变为到挑坎末端24.05m。反弧半径96.12m，挑角30°，出口挑坎起挑高程为677.89m。挑流水舌冲坑靠近河床左岸。

（2）冲刷区基本地质条件。泄洪洞出口冲刷区河段，水面宽120～140m，水深6～12m，河床覆盖层厚45～63m；左右岸谷坡均为流纹斑岩，具有良好的抗冲蚀能力，自然边坡稳定性好，但河床漂卵石层及漂块卵石层抗冲能力较弱。

泄洪洞挑流鼻坎地基岩性为流纹斑岩，地基承载力和抗变形能力满足设计要求；护坦地基为冲积漂卵石层，结构松散，抗冲能力低，须采取防冲措施，防止溯源冲刷危及护坦。泄洪洞出口下游的大渡河两岸低线公路以下河岸，覆盖层由表及里主要为人工堆积、崩坡积及河床冲积层。左岸覆盖层分布于古崩塌体至尾水出口、泄洪洞出口一带，其余区段主要为基岩。

（3）雾化影响下边坡变形特征分析。瀑布沟水电站溢洪道出口边坡当前支护开挖后稳定性较好。然而，水库一旦泄洪，该边坡将处于受泄洪雾化影响最为严重的区域。雾化雨渗入坡内，将引起裂隙中的孔隙水压力增高，而且使结构面软化、泥化，其力学性能降低。边坡开挖未支护时变形特征显示，该边坡稳定性受倾坡外组结构面影响较大，雾化作用使结构面强度降低后边坡稳定性如何？考虑到该边坡对工程安全的重要性，以下采用三维数值模拟进行分析，雾化作用在模拟中主要考虑其引起的结构面强度降低。雾化作用下边坡变形特征，主要表现在以下几个方面：

1）从边坡总位移分布特征可见，由于边坡开挖面上采取了锚固措施，在雾化作用下变形主要位于下游侧溢0+555.00m以后区域的强—弱风化岩体内，变形最大值为5.13cm。边坡变形呈现出由地表向坡内递减、由前缘向后缘递减的分布特征，变形底界为倾坡外、产状为N45°～60°W/SW∠35°～60°组结构面。

2）从边坡x向位移分布特征可见，变形主要发生在溢0+555.00下游侧边坡，其余部位x向变形一股小于1.50cm，变形方向指向河流上游，量值最大为2.30cm。

3）从边坡y向位移分布特征可见，变形主要发生在溢0+555.00下游侧边坡顶部，其余部位y向变形一般小于2.00cm。变形方向指向坡外，变形量值最大为3.69cm，呈现出由地表向坡内递减、由前缘向后缘递减的分布特征。

4）从边坡z向位移分布特征可见，变形主要发生在溢0+555.00下游侧边坡顶部、后缘，z向变形范围较x、y方向大。变形方向向下，量值最大为3.24cm，呈现出由地表向坡内递减、由前缘向后缘递减的分布特征。

5）雾化作用下在边坡总位移最大部位不同水平深度上x、y、z向位移追踪结果，有如下几点规律：①从同一部位各方向位移大小差异可见，变形以y、z方向为主，水平合位移方向与倾坡外组控制性结构面倾向一致；②各方向位移均呈现出随水平深度增大位移减小的分布特征，说明边坡具有向倾坡外组控制性结构面倾向方向、向下蠕动变形的变形趋势；③追踪结果显示，边坡水平深度60m处基本未产生变形，与边坡弱卸荷下限深度一致，进一步说明边坡变形主要发生在强—弱卸荷岩体内。

6）边坡上剪应变增量分布特征显示，靠近边坡开挖临空面的弱卸荷下限处剪应变增量较大，在强—弱卸荷岩体内几近形成贯通的剪应变增量带。

可见，雾化引起的边坡变形主要发生在溢0+555.00下游侧强—弱卸荷岩体内，总位移最大为5.13cm，而边坡0+555.00上游侧变形较小，这与边坡开挖坡面采取有效支护有关。从边坡变形特征上看，边坡变形仍以产状为N45°～60°W/SW∠35°～60°倾坡外组结构面、卸荷裂隙为底厦，向倾坡外组结构面的倾向方向产生剪切蠕动变形。边坡剪应变增量分布特征显示，靠近边坡下游侧开挖临空面的弱卸荷下限处剪应变增量较大，在强—弱卸荷岩体内几近形成贯通的剪应变增量带。综合边坡变形范围、大小和剪应变增量分布特征可得出，雾化条件下，溢0+555.00下游侧边坡岩体稳定性较差。