郭家滩水电站泄洪建筑物设计
郭家滩水电站泄洪建筑物设计
柯劲松1，胡
勇2
（1．江西省水利科学研究院，江西南昌330029；江西向塘330200）2．江西省赣抚平原水利工程管理局，
摘要：郭家滩水电站是一座改建电站，其泄洪建筑物为三孔泄水闸和橡胶坝共同组成，郭家滩水电站橡胶坝是江西省最
高的充气橡胶坝．此设计方案有利于电站的泄洪调度运行、有利于延长橡胶坝的使用寿命、有利于节省投资．文章主要对坝轴线、泄洪建筑物型式选择以及郭家滩水电站泄洪建筑物设计做全面介绍．
关键词：郭家滩水电站；泄洪建筑物；橡胶坝；结构计算中图分类号：TV652
文献标识码：B
文章编号：1004-4701（2008）04-0263-05
相应库容5.92×106m3，兴利库容为1.187×106m3，总m，
库容为26.90×106m3，死水位106.85m，消落深度0.65电站装机容量为10MW，多年平均发电量4.023×106m；
工程建设总工期为18个月，总投资为5543.13kW·h；
万元。枢纽等别为III等、中型工程，主要建筑物砼闸、坝及河床式厂房（挡水部分）属3级建筑物，正常运用洪水标准为50年一遇；砼闸、坝及河床式厂房（挡水部分）非常运用洪水标准为500年一遇，土坝非常运用洪水标准为1000年一遇，厂房结构及其它建筑物为4级建筑物，临时建筑物为5级建筑物。
原郭家滩水电站位于修河干流，属低水头河床式电站，装机容量0．8MW，电站建成于20世纪70年代
初。位于其上游的东津电站是具有多年调节能力的大（二）型水库，于1995年建成发电。东津电站建成后，修河干流的水量得到调节，大大改善了郭家滩电站的年内径流分配，原有的装机已不能充分利用水能，造成大量的弃水。另外，经过三十余年的运行，郭家滩电站的现有的机电设备已达到原设计使用寿命，出现了水轮机转轮平均效率低、电气设备陈旧、自动化程度低并且气蚀等一系列影响电站经济安出现水轮机严重磨损、
全运行的问题；而且存在滚水坝的老化、渗漏、破败等问题，使得郭家滩电站的改建势在必行。新的改建方案将郭家滩引水式电站改为具有日调节性能的河床式电站，适应了东津水电站日调峰的运行性质，大大改善修水县电网的运行质量与环境。
2地形地质条件
郭家滩库区河道一般呈U形，河宽90～400m，其中
溪口水汇合口以下河道两岸山高坡陡，水流湍急，河道狭小，汇合口以上左岸地势相对开阔，为丘陵盆地，河床断面较宽，河中多有洲滩。库区河床以卵石和粗沙为主，河岸尚稳定，河床冲刷较少。初拟正常蓄水位为水库回水基本在原河槽内。库周山体雄厚，107．5m时，
无低矮垭口及较大断层贯穿库外，水库无永久渗漏之虞。
坝轴线位于老坝址下游50～60m，河谷呈“U”字型，为纵向谷，两岸基本对称，右岸为一级冲积堆积阶地及岸坡坡角35°左右，自然低丘，阶面高程在108m以上，岸坡基本稳定。河面宽175m，河床中分布有0～1．5m砂
1工程概况
郭家滩水电站地处修河干流上游河段，位于江西
省修水县县城以西约14km（直线距离）的杭口乡上高段村附近，坝址以上集雨面积为2581km2。郭家滩坝址（东津水）上建有东津水电上游约22.5km的修河干流
水库总库容7.95亿m3。郭家滩水站，装机容量60MW，电站坝址多年平均流量为73.5m3/s。
经过比选，确定郭家滩水电站正常蓄水位107.50
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砾（卵）石层，在已建的挡水坝冲坑处，大部分基岩出露，基岩面高程93～99m。溢流坝坝基为变质粉砂岩，下部见泥质含砾砂岩夹层，节理裂隙发育，岩石物理力学性能较差，建基面座落于弱风化上限岩体。
工程区位于杭口短轴向斜震旦系变质砂岩地层内，断裂不发育，岩层产状：左岸为走向S230°～250°W，倾向SE，倾角20°～30°；右岸为走向S240°～250°W，倾向倾角一般22°～30°。坝址区地下水类型主要为孔隙SE，
潜水和基岩裂隙水两种，前者主要以第四系冲积层为含透水层，后者主要埋藏于基岩构造裂隙中。据钻孔压（注）水试验了解，河床及一级阶地分布的砂砾石层具强透水性；强—弱风化岩体一般具中等透水性，微—新鲜基岩具弱透水性。
顶高程99.50m，经调洪演算需七孔，每孔净宽12.0m。由于全部采用泄洪闸泄流，孔口泄流能力大，总泄洪闸孔布置长度100m，闸孔左侧还需布置高42.95m的混凝土重力坝挡水。
第二种布置型式：采用泄洪闸和橡胶坝泄洪组合方案，右侧三孔泄洪闸，堰高2.5m，堰顶高程98.50m，每孔净宽11.0m。左边为85.0m长的橡胶坝段，下部为混凝土溢流低堰，堰顶高程104.0m，堰顶设3.70m高的橡胶坝控制泄流。本方案泄洪建筑物总长度127.0m。
通过两种布置方案的工程量及投资计算，“三孔闸+橡胶坝”方案比“七孔闸”方案投资少306.525万元，且前者泄流宽度127.0m与主河道宽度较接近，泄洪时水流条件较好，所以推荐“三孔闸+橡胶坝”泄洪方案。
3泄洪建筑物型式选择
4泄洪建筑物设计
由于本工程坝址以上流域面积大，设置泄洪孔口尺
4.1
泄洪建筑物结构布置
溢流坝位于河床的中部，为满足防洪调度以及排砂、施工导流的需要，溢流坝分橡胶坝和三孔闸，橡胶坝靠左，三孔闸靠右，它们的布置图见图1。
寸的原则是本工程实施后20年一遇及以下标准的洪水其上游回水水位不超过现状（改建前）。根据地形、地质情况分析，拟进行两种布置型式的比较。
第一种布置型式：全部采用泄洪闸，堰高3.5m，堰
上图1大坝平面布置图
4.1.1橡胶坝
根据下游河床宽度、河床允许抗冲能力、闸墩应力条件和泄洪能力等要求，选定橡胶坝堰顶高程104．0m，长度为85m，采用WES实用堰，曲线方程为Y＝
每17m设一条伸缩缝，采用橡胶坝挡水，0．08538X1．85，
其中正常高107．5m以下挡水高度3．5m，超高0．2m。为了尽可能减少其安装所需的底板（堰顶）宽度，采用单线锚固枕式充气坝型式。坝袋设计内压比1：选用1；流量为80m3/s（C80－1．5型）离心鼓风机为橡胶坝充气；充涨时间约4h，塌平时间约40min。鼓风机房设在第
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一孔泄洪闸墩上，平面尺寸5.0×4.0m，充气管道采用直径150mm无缝钢管；橡胶坝采用面流消能，坝后设钢筋砼护坦，护坦平均厚0.60m，长20.0m，护坦主要座落在弱风化的变质粉砂岩上，设锚筋固于基岩内，锚筋
直径为25mm，深入基岩4.0m，间距3.0m，梅花形布置；橡胶坝护坦均设排水孔，排水孔直径为75mm，间距梅花形布置，深入基岩2.5m（见图2）。3.0m，
4.1.2三孔闸
图2橡胶坝典型横剖面图
选定三孔闸堰顶高程为98．50m，驼峰堰，设平面闸门挡水，每孔净宽11．0m，分缝设于溢流堰中部，闸墩厚度2．0m，闸墩顶高程114．0m，三孔闸段全长41．6消能防冲设施的设计洪水标m。三孔闸采用底流消能，
准为30年一遇。根据地形地质和水力条件，经计算，取三孔闸消力池长33．40m，池深2．0m，消力池底板高程消力池两侧设导墙与厂房和橡胶坝分开，导墙93．00m，
顶部高程为103．00m。消力池主要座落在弱风化变质粉砂岩上，其钢筋砼板厚1．00m，设锚筋加固于基岩内，锚筋直径为25mm，深入基岩4．0m，间距3．0m，梅花形布置。消力池设排水孔，排水孔直径为75mm，间距3．0梅花形布置，深入基岩2．5m。同时，为保护三孔闸消m，
力池后下游河床，消力池尾槛后设浆砌块石海漫，长（见图3）。15．0m
4.2设计计算
4.2.1泄流能力计算
根据上述橡胶坝、三孔闸孔口尺寸及堰面特征计算所得库水位与泄流量的关系曲线。正常高水位107．50经调洪演算得出：设计洪水位（P＝2％）为110．28m，m，
为相应泄流量4486m3/s。土坝校核洪水位（P＝0．1％）
相应泄流量7425m3/s。砼闸坝校核洪水位113．78m，
（P＝0．2％）为113．00m，相应泄流量6736m3/s。4.2.2消能计算
（1）三孔闸底流消能计算。本工程永久性建筑物级别为3级，根据《混凝土重力坝设计规范》其消能防冲建筑物可按30年一遇洪水标准设计，相应下泄流量
下游水位107.01m。计4258m3/s。上游水位109.83m，算公式如下：
hk=姨E0=h上－h0
（Fr－1）LK＝0．8×9．5hc
q姨hc3/2
式中：（m）；hk—临界水深
（m3/s·）；q—单宽流量m
Fr=
E0—以消力池底板为基准面的泄水建筑物上
游总水头（m）；（m）；h上—上游水位
（m）；h0—消力池底板高程（m）；LK—消力池长度
3
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Fr—佛汝德数；
（m）。hc—收缩水深经计算确定消力池长度33．40m，含斜坡连接段
底板高程93．00m，池深2．0m。6．97m，
图3三孔闸典型剖面图
（2）橡胶坝面流消能计算。橡胶坝坝高3.70m，下游采用面流消能。泄洪运行调度原则是先启用三孔闸，后启用橡胶坝泄洪。即当三孔泄洪闸全开后，库水位还可能上涨超过正常水位107.50m情况下，才启用橡胶坝段泄洪；采用这种方式运行，一方面可减少橡胶坝的运行次数，另一方面为启用橡胶坝泄洪时下游形成面流消能创造条件。计算公式如下：
a1=h0kp-2h1-hc+2姨t0kp10kpca4=-h0kp+姨ht4=
一般取值为1．0；αt—动量修正系数，α1、
（m）；a4—形成淹没面流流态的界限坝高
（产生自由面流）时界限水深（m）；ht4—第一临界流态
（产生淹没面流）时界限水深ht5″—第五临界流态（m）；
a—下游坎高。
经计算，本工程橡胶坝溢流堰采用挑坝高程98.0坝高3m，挑角为0°时，能满足面流消能的条件，面m，
流区间设计为淹没面流区间。
4.2.3稳定和应力计算
抗滑稳定采用抗剪断公式计算，抗剪断公式如下：（f′ΣG+C'A）k′=/ΣH式中：基k′—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数，
本组合时k＝3．0，特殊组合时k＝2．5；
f′—坝体砼与坝基接触面之间抗剪断摩擦系数，
f′=0.7；C′—坝体砼与坝基接触面之间抗剪断凝聚力，C′
=0.22MPa；（kN）；ΣG—作用于建筑物的全部竖向荷载之和
姨
（a+1a+2h0kp+A
ht5=a+ht4
2
3A=2Fr12h1（-h1t2
t2=a+h1
式中：（m）；a1—形成自由面流的界限坝高
（m）；h0kp—临界水头增值
（m）；h1—坝上水深（m）；ht—下游水深
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（kN）。ΣH—作用于建筑物的全部水平荷载之和应力计算按材料力学公式计算：
·Xσy=ΣW±ΣM
AJ
式中：ΣW—作用于坝段上全部荷载在坝基截面法向分
力（kN）；
ΣM—作用于坝段上全部荷载对坝基面截面形心
轴的力矩总和（kN·）；m
（m2）；A—坝段的坝基面截面面积
J—坝段的的坝基面截面积对形心轴的惯性矩）；（m4
（m）。X—坝基面截面上计算点到形心轴距离
三孔闸计算工况及计算成果见表1，橡胶坝计算工况及计算成果见表2。
表1三孔闸抗滑稳定安全系数及坝基应力计算成果表
抗滑允许
安全系数
完建期
正常高水位107.50m
正常高水位107．50m（检修）
抗滑安全系数
kc
最大垂直应力（MPa）
0.23
最小垂直应力
（MPa）
0.1520.050.0490.0700.039
基岩允许应力
（MPa）
2.02.02.02.02.0
备注
3.02.53.02.5
4.624.5710.208.80
0.2730.2690.1930.219
下游无水下游无水下游水位：107.38m下游水位：110.23m
设计洪水位110.28m校核洪水位113.00m
表2橡胶坝抗滑稳定安全系数及坝基应力计算成果表
抗滑稳定最
小安全系数
完建期
正常高水位107.50m设计洪水位110.28m校核洪水位113.00m
3.03.02.5
4.308.527.51抗滑稳定安全系数kc
最大垂直应力（MPa）
0.2670.1730.110.144
最小垂直应力
（MPa）
0.0320.040.0530.02
基岩允许应力
（MPa）
2.02.02.02.0
下游无水下游水位：107.38m下游水位：110.23m
备注
5结语
（3）节省投资。通过比较，其泄水闸与橡胶坝相结
合的泄洪建筑物布置方案比全部为泄水闸泄洪建筑物布置方案节省投资300多万元，经济效益显著。（4）有利于电站的泄洪调度运行。郭家滩水电站的泄洪调度方案是：对小于20年一遇的洪水，开启泄水闸泄洪，对于超过20年一遇的洪水，由泄水闸和橡胶坝共同泄洪。也就是说，绝大多数年份仅通过操作1～3孔泄洪闸即可满足泄洪调度要求。
（5）有利于延长橡胶坝的使用寿命。橡胶坝参与泄洪时，洪水夹带的树支等硬物有可能划伤或刺破橡胶坝袋，从而缩短橡胶坝寿命。本工程泄洪建筑物布置型式，既确保了泄洪的需要，又最大限度地减少橡胶坝的泄洪几率，有利于延长橡胶坝的寿命，从而减少电站运行维护费用，提高工程效益。
（下转第282页）
郭家滩水电站泄洪建筑物为三孔泄水闸（3×11m）和橡胶坝（85m）共同组成，该布置具有以下优点：（1）郭家滩水电站橡胶坝坝高3．7m，是江西省最
高的充气橡胶坝，其高度在国内也名列前茅，该充气橡胶坝设计达到国内先进水平。
（2）既可充分利用水能，又满足泄洪、冲沙的需要。郭家滩水电站是日调节的径流式电站，其泄水闸与橡胶坝结合的泄洪建筑物布置型式，对减少弃水、充分利用水能有特别重要的意义。同时，这种布置型式又能满足宣泄大流量洪水的要求，并兼有冲沙、排沙，减少水库淤积的功能。
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累计，观测时间短，可实时提供三维坐标，操作方便，比
4经验总结
传统GPS测量更具组织灵活性、功能强大性、生产高效性等特点，在测量工作中可大大提高工作效率，减轻劳动强度。生产实践证明，在合理统筹安排下，RTK技术完全能够替代常规控制测量，如一、二级导线测量，图根控制测量，四等水准测量等；而目前该技术还广泛应用于常规地形测量、航空摄影测量、地籍测量、房产测量、勘界与拨地测量、工程测量等各个领域。
（4）目前，特RTK技术已实现多基准站RTK技术，
别是通过无线网络（GSM，与移动用户CDMA，GPRS…）通讯的虚拟VRS网络RTK技术为远距离测量提供了新的契机。使用该技术时，参考站数据中的系统误差被减少或消除。这样，不仅意味着用户可以增加移动站和参考站之间的距离，也增强了系统的可靠性，并减少了从而使RTK技术控制范围更广，测OTF初始化的时间，量精度更高，效率更高。
（1）第一个观测点最好应是控制点或已知坐标点，
以检核第一个RTK测量结果是否精确。实践表明，开始如果忽略了这一RTK测量的第一个成果检核很重要，步，可能造成整天的测量成果作废。它可以发现很多问题，如输入的控制点坐标、坐标系统、设置参数有误，卫星状况不佳。
（2）解决盲点。如果盲点地区致盲的主要原因是数据链信号接收问题，可提高基准站和移动站天线的架设高度，移动站天线可采用长垂准杆架设以保证成果精度。若不行再考虑搬站；如果盲点地区至盲的主要原因是接收卫星状况不良，则应该在盲点周围加测根控制点，以便用全站仪补测。
（3）GPSRTK技术以其定位精度高且传点误差不
ApplicationofGPSRealTimeKinematicinaprojectanditserrorfeatheranalysis
ZHUDao-zhang
（JiangxiProvincialWaterConservancyPlanningandDesigningInstitute，）Nanchang330029，China
Abstract:TheapplicationofGPSRealTimeKinematicsurveyingtechnologyinaprojectisdiscussed.Basedontheadjustmenttheoryandthereleventcode，themeasuringaccuracyofGPSRTKisanalyzedandatlast，theerrorfeatherofGPSRTKandsomeconclusionaresummarized.
Keywords:GPSRTK；Carrierphasedifferential；Integerambiguity；Coordinateconversionparameter；RTKelevation
编辑：张绍付
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（上接第267页）
DesignofoverflowstructureofGuojiatanhydropowerstation
HUYong2KEJin-song1，
（1.JiangxiProvincialInstituteofWaterSciences，Nanchang330029，China；
）2.JiangxiProvincialGanfuPlainHydraulicEngineeringAdministration，Nanchang330200，China
Abstract:Guojiatanhydropowerstationisareconstructionhydropowerstation.Itsoverflowstructureconsistofthree-holedischarg－ingsluiceandflexibledam.TheflexibledamisthemosthighflexibledaminJiangxiprovince.Thedesignplanisbeneficialtooverflowoperation，extendingthelifeoftheflexibledamandsavingtheinvestment.ThispaperintroducedtheselectionofthedamaxisandthetypeoftheoverflowstructureandthedesignoftheoverflowstructureofGuojiatanhydropowerstation.Keywords:Guojiatanhydropowerstation；Overflowstructure；Flexibledam；Structuralcalculation
编辑：张绍付
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