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水利水电工程布置设计论文
水利水电工程布置设计论文 1工程案例概述 湘江长沙综合枢纽工程为梯级水库，是湘江干流航道发展规划之一，正常 蓄水位为29.7m，库容为6.75亿m3，船闸设计通航船舶吨级为2000t，电站装机为 57MW。湘江水量较为充沛，径流年际变化较大，而且年内分布不均，在枢纽工 程河段年内水位变化幅度达14m。枢纽河段属于平原河流，河面较为宽广，河道 略微弯曲，河流比降相对较小。2枢纽布置方案 2.1枢纽平面布置方案 此工程枢纽布置，主要包括船闸（2000t级）、泄洪闸、水电站、鱼道等， 为Ⅰ级工程，水工建筑物设计洪水标准为100a一遇、校核洪水标准为500a一遇。
工程枢纽正常蓄水位与死水位为29.70m，对于船闸设计，按照20a一遇洪水位， 来设计高水位，流量为21900m3/s，低水位按照P=98%水位来设计。船闸设置在 蔡家洲左汊左侧岸边，电站设置在左汊右侧洲边，按照从左到右的顺序，来布设 建筑物工程，包括双线船闸、排污槽、主泄水闸等，具体如图1所示。
2.2枢纽平面布置特点 2.2.1枢纽泄流能力强 水利水电工程枢纽泄流能力和工程坝址有直接关系，尤其是坝址河势与地 形地貌等。此布置方案中，船闸上游引航道与导流堤设置位置为原左汊河道区域 内的回流区，设置导流堤，能够有效的调顺水流，确保枢纽工程的泄流能力。按 照100a一遇洪水标准，进行水工模拟试验，获得的壅高值为0.1m，泄洪能力较好 [1]。
2.2.2通航条件较好 此枢纽工程坝址下游2km区域左岸存在支流沩水河，与湘江相汇，河宽为 180m，2a一遇洪水流量为1580m3/s，10a一遇洪水流量为2750m3/s，20a一遇洪水 流量为3350m3/s，出流和船闸连接段的航道交角为30°。此布置方案船闸通航条 件试验结果表明，因为船闸上游引航道口门区和连接段缓流区，通航水流条件可以达到设计要求，干流流量Q干为19700m3/s时，纵向最大流速值为1.76m/s，横 向最大流速值为0.28m/s，回流最大流速值为0.2m/s。干流流量为21900m3/s时， 纵向最大流速值为1.79m/s，横向最大流速值为0.3m/s，回流最大流速值为0.25m/s。
就下游引航道口门区和连接段航道来说，当湘江干流和支流沩水为正常遭遇时， 若Q干＜13500m3/s，可以满足船舶航行要求。若13500m3/s≤Q干≤21900m3/s，受 到导流堤的影响，口门区域右侧航道内部横流较大，可以在左侧航线单线行驶。
原方案存在导流堤堤头挑流明显与斜流大等问题，进行布置方案优化，改变船闸 挑流堤平面型式，设置立式导流堤等，使得航道通航能力得以全面提升[2]。
2.3枢纽布置设计要点 结合长沙综合枢纽设置的位置，结合自然条件，在左汊主河道区域内来布 置电站与船闸，从枢纽泄流能力与船闸通航条件等方面综合分析，将船闸设置在 此侧，能够起到不错的效果。此梯级综合枢纽工程建设后，主要功能为发电、航 运等，因此在设计时，要坚持确保船闸通航条件的原则，以及泄水闸泄洪能力的 原则。当枢纽坝址所处的位置左右两汊道分流比相差较大，而且河底高程相差较 大，为了能够确保枢纽工程的通航效果与发电效益，将船闸与电站等建筑物，给 布置在主汊河道。为了保证枢纽工程下游河床的稳定性，在布置泄水闸孔时，最 好能保证工程建设前后的分流比变化不大。若河流的含沙量较小，在主河道内顺 河，来设置船闸引航道时，尽量把船闸设置在流速相对较小的河岸侧，以便发挥 枢纽工程的泄流作用，确保船闸通航效果[3]。
3水利水电工程枢纽总体布置三维设计 3.1三维地形建模 基于布尔运算，进行后期三维模型设计，需要构建三维模型。借助三维设 计技术，能够为水利水电工程枢纽总体布置，提供极大的便利。三维地形模型构 建是基础，需要确保精度的准确性。通常水利水电枢纽工程布置区域较大，覆盖 面较广，数据存储量大，会影响到三维地形模型构建的效果。基于此，在构建时， 需要确保等高线精度，以确保建模的效果。
3.2枢纽布置模型设计 在进行水利水电工程枢纽布置设计时，对于大坝与电站厂房等，可以按照 相关标准规范，来设计三维模型，采取参数化或者模板化方法来建模。利用CATIA软件，融合骨架设计思想，构建枢纽工程建筑物模型，进行数据转化，将数据信 息导入到3D软件中，进行枢纽布置，也可以和施工总布置相互联合。利用3D设 计技术，能够为水利水电工程枢纽布置设计，提供新的设计方法，能够极大程度 上提升工作效率，降低设计误差。利用大数据信息与信息技术，来进行仿真模拟 试验，可以及时优化设计缺陷，确保水利水电工程枢纽布置的合理性与科学性。
4结束语 水利水电工程枢纽布置设计，要从枢纽使用的功能分析，严格按照设计要 求，把握布置设计原则，结合工程实际，做好充分的调查工作，制定不同的布置 方案，做好对比分析，选择最为合适的布置方案，以确保工程建设的质量。
作者:喻尚伟 单位:长沙市水利水电勘测设计院
