《高坝泄洪消能》课程论文

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高坝溢洪道挑流消能探讨

２０１７年第６期
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２ — ２４６９．２０１７．０６．０１９
水利规划与设计
科研管理
高坝溢洪道挑流消能探讨
梁尚英
（山西省临汾市水利勘测设计院，山西临汾０４１０００）
２方案的初步设计
消能形式可以概括为以下几种：（１）底流消
流，利用流体体积分数法（ＶＯＦ）确定自由水面线，成功地对溢洪道挑流鼻坎挑流进行了三维紊流数值
模拟。以上研究在一定程度上加深了对于高坝泄水建筑物的消能防冲问题的理解以及提供了相应的理论技术手段，本文在上述研究的基础上，以某水电工程为例，对高坝溢洪道的消能防冲布置、消能形
洪道窄缝消能工进行了研究与实践，通过系统的水
力学模型试验研究，解决了大型岸边溢洪道在复杂
道，坝体总填筑方量约１．０５×１０ｍ。溢洪道设计布置在右岸，由引渠段、堰闸段、泄槽段、鼻坎段
和消能区组成。引渠段长８６ｍ，堰闸段长３３ｍ，泄
溢洪道消能问题，通过对溢洪道的消能防冲布置、消能形式、掺气减蚀设计进行不同工况下的试验研究和数值模拟计算，结果表明：采用扭曲式挑坎，再在溢洪道末端设置２道掺气坎，能够很好解决掺气减蚀、下游的消能防冲以及对左岸山体淘刷的难题，满足实际工程建设的要求。关键词：高坝；溢洪道；挑流消能；掺气减蚀；数值模拟中图分类号：ＴＶ１３５．２３文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２ — ２４６９（２０１７）０６ — ００６４ — ０３

大斗水库泄洪消能建筑物布置与结构计算

大斗水库泄洪消能建筑物布置与结构计算
·89·
80%；提供灌区内农村用水量 50 万 m3/a；下放环境水量 262 万 m3/a。为满足供水、灌溉要求，本工程供水流量设计为 0.174 m3/s，灌溉流量设计为 1.752 m3/s。
2 库区工程地质条件
水库坝址河谷为较对称的 V 形横向谷，谷底宽为 75.0 m，平水期水位为 449.4 m，水深为 0.2～0.5 m，河床高程为 448.9～449.6 m，河流流向为 N10.7°W。在正常蓄水位 498.0 m 高程的条件下，河谷宽为 194.5 m，宽高比为 3.71。左岸山体较雄厚，右岸山体受河道转弯及冲沟、垭口等切割影响较单薄，主要为侵蚀、剥蚀中低山及河谷地貌。坝址出露的地层岩性主要有第四系残坡积层、冲洪积层、崩塌堆积体、板溪群拱洞组。坝址位于摩天岭背斜南西翼、己树向斜北东翼，未发现大断层，坝址段岩层倾该段河道下游偏左岸，产状 N15°～45°E/NW∠20°～40°，总体为单斜构造，层状结构。主要发育的裂隙有四组。受岩性及构造影响，节理裂隙较发育。
1 工程开发任务
大斗水库工程是一项综合性水利工程，水库总库容为 1 189 万 m3，其主要任务是乡镇供水、灌溉、农村人畜供水。工程建成后，可解决黎平县洪州镇、顺化乡的集镇供水问题，为沿线提供灌溉用水，提高灌区内农村供水保证率，总供水量为 1 358 万 m3/a。根据设计水平，可向黎平县洪州镇、顺化乡 2 个乡镇供水 319 万 m3/a，设计保证率为 95%；向 1 385 hm2耕地供水 989 万 m3/a，设计保证率为
总 727 期第二十九期 2020 年 10 月
河南科技 Journal of Henan Science and Technology

大流量高水头水电站泄洪消能设计的探讨

ＤＩｅ－ｉＮＧＸｕ — ｑ
（ＨＣＢｉｎ７０６，ＣｉａＣＥＣ，ｅｉｇｊ１０５ｈｎ）
ＡｂｔａｔＦｒｌｇｉｈｒｅａｄｈｇｅｄｈｄｏｗｅｔｔｎ，ｔｅｓｌｃｉｎｏｎｒｙｄｓｉａｉｎｍｏｅｉａｍｐｒｎａｔｏｍ— ｓｒｃ：ｏｒｅｄｓａｇｎｉｈｈａｙｒｐａｃｏｒｓａｉｓｈｅｅｔｆｅｅｇｉｓｔｄｎｉｏｔｔｒｒｉｏｏｐｏｓａｐｆｐｏｅｎｆｔｃｕｅｌｙｕｎａｉｕｕｃｉｎ．Ｉｅｅｔｙａｓｈｅｉｎ，ｃｎｔｃｉｎａｄｏｅａｉｎｏｒｕｆｈｇａｒｖｍｅｔｏｒｔｒａｏｔａｄｖｒｓｆｎｔｓｎｒｃｎｅｒ，ｔｅｄｓｓｕｏｏｇｏｓｒｔｐｒｔｆａｇｏｐｏｉｈｄｍｓｕｏｎｏｓｏｓｔａｎｏａｉｎｎｅｓｔｅｐｏｔｄａｄｓｍｅｐｏｌｍｓｒｍａｎｔｅｄｓｕｓｄＴｅｐｐｒｄｓｕｓｓｆｏｏｔｌａｏｔｏｈｗｈｔｉｎｖｔｅｄｏｂｒｍｏｅｎｏｒｂｅｅｉｏｂｉｃｓｅ．ｈａｅｉｃｓｅｏｄｃｎｒ，ｌｙｕｆｏｌｏｌｄｄｓａｇｔｃｕｅｎｅｉｏｅｇｄｓｉａｉｔｕｔｒｓｆｏｉｈｒｅｓｕｔｒｓａｄｄｓｇｆｎｒｉｓｐｔｎｓｒｃｕｅ．ｏｃｒｎｅｙｏＫｅｒｓａｇｉｈｇ；ｈｇｅｄ；ｆｏｉｃａｇｎｎｒｉｓｐｔｎｙｗｏｄ：ｌｅｄｓａｅｉｈａｌｄｄｓｈｅａｄｅｅｇｄｓｉａｉｒｃｒｈｏｒｙｏ

溢洪道消能问题及水工模型试验方法研究

溢洪道消能问题及水工模型试验方法研究赵津霆【摘要】Spillway is the important facility to ensure the flood carrying capacity of the reservoir. High speed flow from the spillway has a strong impact force, therefore the energy dissipation problems have attracted extensive attention. In this paper, it introduced several common energy dissipation methods in the project at present, and expounded the theoretical basis of experimental study with hydraulic model so as to put forward some references for the research on the problems of spillway energy dissipation.%溢洪道是保证水库泄洪能力的重要设施，因其泄下的高速水流具有很强的冲击力，所以其消能问题备受关注。

介绍目前工程中常用的几种消能方法，阐述利用水工模型进行试验研究的理论基础，以期为溢洪道消能问题的研究提供参考。

【期刊名称】《农业科技与装备》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】3页(P53-54,57)【关键词】溢洪道;泄流;消能;模型试验【作者】赵津霆【作者单位】辽宁水利职业学院，沈阳 110122【正文语种】中文【中图分类】TV653改革开放以来，我国不仅在经济建设方面成绩卓著，更在水利工程方面进行了大刀阔斧的改革。

水电站、中小型水库、城市人工河道、橡胶坝、拦河闸等已经成为一些城市中重要的水工建筑物，其不仅承担供水及防洪任务，还发挥了一定的美化城市作用。

第十三章高坝工程泄洪消能技术

��
=
�� 2 ��
lnr + C
��
（13.14）
当 r=R -h 时，�� = 0及 z=hcosθ，其中 h 为水深，θ 为过水断面底部切面与水平面的夹角，代入上式，得 z + �� = ℎcos�� +
10
式中为闸门阻水部位的中心至支铰连线的倾角。简化计算时，先求得孔口顶部与支铰连线的倾角α1，孔口底部与支铰连线的倾角α2，开度e时闸门下缘的倾角近似为：α＝α2+（α2 - α1）e/D，因而平均倾角为 0.5( ) 0.5(1 e / D) 0.5(1 e / D)a （13.6）由于平板闸门应该有闸门槽，还应加上闸门槽的水头损失系数0.1，两种情形可表达为： 0.15 1 (e / D) cos 0.1(1 sgn a) （13.7）当α＝0时，即为平板闸门，α≠0时，为弧形闸门。全开时流量系数为μ0，由式（13.1）得
6
（2）闸室工作门为无突扩突跌，计算工作水头应取孔口中心高程作为基准。（3）孔口后为无突扩突跌，后接与底板与孔口等宽，边墙为有一定坡度的―倒八字‖时，计算工作水头应取底板高程加上某一小于1的倍数的闸孔高度作为基准。很多导流洞为城门洞，有压洞结束后―倒八字‖边墙，既因圆拱顶使水流出洞后向下 ―塌陷‖，还因边墙的―倒八字‖使水面降低。曾有人在隧洞出口的周边布置多达48个测压管，针对各种工况进行了试验，得到了平均压力的规律，由此得到该系数的公式。显然应该是边坡越缓，取值越小，边坡越陡，取值越大。大量情况下，该系数为0.65~0.8。
13 高坝工程泄洪消能技术

仲达水电站混凝土(闸)坝泄洪消能研究

水闸，满足宣泄各频率洪水的需要。根据枢
２试验内容及结论
纽总体布置方案，泄水闸布置在右岸滩地
上。ｌ７孔泄洪闸坝段位于右导墙和右岸重力坝段之间，被右导墙坝段分隔为左岸１２孔泄洪闸和右岸５孔泄洪闸，总宽２２７ｍ，中隔墩把左１２孔泄洪闸分隔为左右各６孔闸。泄洪闸孔口尺寸为８．Ｏｍ×８．Ｏｍ（宽× 高），闸室工作闸门为弧形门，闸室前部设
２ｏｏ０
２Ｏ０ｏ流量（来自ｍ）１７９００
１７９００
２
２
５０ｏ
５ｏｏ
长１５０ｍ。泄洪闸上游立视图如图１所示。电站挡水、泄水建筑物及厂房正常运用洪水重现期（即设计洪水）采用５００年一遇；非常运用洪水重现期（即校核洪水）采用２．１实验内容
２０００年一遇；消能防冲设施正常运用洪水重２．１．１泄流能力试验
现期为５０年一遇。对超过设计标准的洪水，（１）验证泄水建筑物闸门全部开启的情况泄水建筑物的下泄流量，测定水位流量关允许消能防冲建筑物出现不危及挡水建筑物下，安全，不影响枢纽长期运行并易于修复的局系曲线；（２）测定单个闸孔在正常蓄水位、死水
仲达水电站混凝土（闸）坝泄洪消能研究
李志龙赵小宁（１冲国国电集团公司西藏分公司西藏

高坝泄洪消能与空化空蚀

Q=4800 计算水面线 Q=3026 实测水面线溢洪道底板
水面线
500
520
540
560
580
x x (m) (cm)
55
20 Jul 2004 title
Z
2
Y X
2 2 4 8 6 10 0 44 2 0 8 0 8 14 2 1210 16 16 16 18 18 1618 4 6
11
水利工程中有时需结合具体工程的需要，将三种消能方式结合应用。下图采用消能戽就是一种底流和面流结合应用的实例。
12
挑坎型式及尺寸的选择常用的挑坎有连续式和差动式。
13
空化现象
水流空化数
声压级
pu / pa / pv / v 2 /(2 g )
P SPL 20lg Pref
声压级(db)
105 100 95 90 85 80 10000
100000 频率(Hz)
1000000
不同真空压力下空化噪声频谱曲线
17
二、宽尾墩、窄缝消能工
宽尾墩系指闸墩尾部加宽成宽尾鱼尾状，闸室过
流通道沿程收缩，造成闸室水面逐渐壅高，形成冲击波和水翅，流出闸室的水流水深增加很大，在坝面形成一道窄而高的水墙，而闸墩后出现大块无水区。出闸水舌纵向充分拉开，，增加了空气接触面，从而增
2 2
式中：
H i ——第i 级洞塞的突缩及突扩水头损失；
——突扩与突缩水头损失之比，可取0.75 ；
m ——经验系数，可取0.25，此值适用于洞塞
过水断面为圆形的情况，试验范围的面积比在0.2~0.5之间
30
脉动压力
脉动压力功率谱图反映出，虽
然可分辨出主频位置，但其优势在相邻频域范围内并不明显，各测点的脉动压强主要集中在 0.5~6Hz范围内。各测点的脉动压力均方差范围为 0.84×9.81kPa~9.99×9.81k Pa，最大值为时均值的12.6%。各测点的瞬时压强均保持正值。

白虎潭水库溢流坝泄洪消能方式研究

ＪＡＮｏｗｉＩＢａ — ｅ
（ｉｇａｎｃｐｌｔｒｏｓｒａｃｕｅｕｏＨｎｎＰｏｉｅＬｎｂｏ４２０，ｈｎ）ＬｎｂｏＭｕｉａＷａｅＣｎｅｖｎｙＢｒａｆｅａｒｖｃ，ｉｇａ７５０Ｃｉａｉｎ
Ａｓｒｃ：ｋｊｍｎｒｙｉｉａｏｒｉｅｒｈａｕｎｒｓｒｏｉｗｙａｄｉｖｒｏｅｒｃＳｙｅｎｔｅｂｔａｔＳｉｕｐｅｅｇｓｐｔｎｉｐｏｄｄｆｅＢｉｔｅｖｉｓｌａ，ｓｅｌｗｉｓｆｅｉｏＷＥｐ．Ｉｄｓｉｓｖｏｔｈａｅｒｐｌｎｔｏｆｗｒｕａｓｆｔｈ
中图分类号：Ｖ５．；Ｖ１５２Ｔ６２１Ｔ３．文献标识码：Ａ
ＤｉｃｓｏｏｎｒｙｄｓｉｔｏｔｅｎｏｐｉｗａｏｓｕｓｉｎｎｅｅｇｉｓｉｉｎｐａｔｒｆｓｌｍｌｙｆｒＢａｉｔｎｒｓｒｏｒｈｕａｅｅｖｉ
要：白虎潭水库溢流坝采用挑流消能，溢流堰面采用ＷＥ堰型。原挑流鼻坎采用常规等宽鼻坎，Ｓ挑流水舌入水宽
度大于下游河床宽度，水流落入下游河道后，水集中，成下游河床及岸边冲刷严重。经水工模型试验研究，落造推荐的台阶式堰面＋差动挑坎＋边墙末端局部收缩方案，使下泄水流归槽宽度减小、向及竖向充分分散，舌入水面积增纵水大，消能率增加，下游河道消能问题得到了有效地解决。关键词：模型试验；溢流坝；；消能台阶溢流面；差动坎
ｓｒａｅｐｕｉｅｅｔｕｋｔａｄｌｃｏｔａｔｎｏｉｅｗａｌｅｄｓｒｃｍｍｅｄｄ，ｗｈｃｅｕｅｈｉｔｆｔｅｔｕｈｆｒｄｓｕｃｌｓｄｆｒｎｉｂｃｅｎｏａｃｎｒｃｉｆｓｄｌｎｓｉｅｏｆｌａｌｏｎｅｉｈｒｄｃｓｔｅｗｄｈｏｒｇｏｉ— ｈｏｃａｇｏｈｅｆｗ，ｆｌｉｐｒｅｈｉｈｒｅｆｗｉｎｉ￣ｎｄｌｔｕｉａｉｅｔｎ，ｎｎｒａｅｈｅｆａｐｔｔｒｈｒ — ｒｌｕｌｄｓｅｓｓｔｅｄｓａｇｏｎｌｇｔｙｃｌｏｕａａａｉｄｎｌｒｃｉｓａｄｉｃｅｓｓｔｅａａｏｐｅｉｏｗａｅ，ｔｅｅｌｎｔｄｏｒｎｎｆｒ，ｔｅｒｔｆｎｒｉｓａｉｎｉｉｃｅｓｄａｄｔｅｅｅｇｉｓａｉｎｐｏｌｍｈｏｓｒａｒｅｈｎｌｉｅｆｃｉｅｙｒｓｌｅ．ｏｅｈａｅｏｅｇｄｓｉｔｓｎｒａｅｈｎｒｄｓｉｔｒｂｅｉｔｅｄｗｔｅｍｖｒｃａｅｆｔｌｏｖｄｅｙｐｏｎｙｐｏｎｎｉｎｓｅｖｅＫｅｒｓｙｗｏｄ：ｍｏｅｔｓ；ｓｉｗｙ；ｅｅｇｉｓｐｔｎ；ｓｅｖｒｌｗｓｒａｅ；ｄｆｒｎｉｕｋｔｄｌｅｔｐｌａｌｎｒｄｓｉａｉｙｏｔｐｏｅｆｕｆｃｏｉｅｅｔｂｃｅｆｌａ

窄河谷高坝天然水垫消能技术

窄河谷高坝天然水垫消能技术
董宗师;王英奎;杨晓红;张爽
【期刊名称】《水利水电快报》
【年(卷),期】2024(45)4
【摘要】针对窄河谷高坝的泄洪消能难题,长江勘测规划设计研究有限责任公司和长江科学院联合研发了高坝新型消能防冲设计技术——窄河谷高坝天然水垫消能技术。

该技术包括多个创新的设计理论、新型消能工以及相应的设计和计算方法,可减少前期设计比选论证工作量,提高工作效率,并减小工程对环境的影响。

【总页数】2页(P6-7)
【作者】董宗师;王英奎;杨晓红;张爽
【作者单位】长江勘测规划设计研究有限责任公司;不详
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.窄缝式消能工在高坝消能中的应用与发展综述
2.反拱型水垫塘——窄河谷大流量高坝泄洪消能工的合理选择
3.窄深河谷库岸滑坡坝前涌浪特性及浪高影响因素
4.高坝挑流掺气水舌对水垫塘动水压强的缩尺影响
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水利工程总溶解气体过饱和问题探讨

水利工程总溶解气体过饱和问题探讨作者：石喆来源：《中国科技博览》2014年第09期【摘要】水利工程的不利环境影响之一就是在泄水时可能导致坝下总溶解气体过饱和。

随着三峡工程蓄水发电及越来越多的高坝工程的投入运行，过饱和问题开始被人们愈发普遍关注。

本文我们将针对水利工程总溶解气体过饱和问题展开分析及探讨。

【关键词】水利工程；泄水；总溶解气体；饱和；影响【分类号】：TV698.11、泄流消能方式对TDG过饱和生成的影响大坝消能的主要方式有挑流消能、面流消能、底流消能。

其中水头比较高的70 m以上高坝应用挑流的有80%；而中、低水头工程多采用面流消和底流消能。

四川大学在2006到2009年间，先后对多个大坝泄水时进行了TDG过饱和生成的原型观测，表1为大坝泄水时过饱和TDG的观测结果。

（表1）根据原型观测结果，四川大学建立了挑流消能时水垫塘内TDG生成的数学模型：式中，Gk为水垫塘出口下游TDG饱和度（%）；Geq为当地大气压强相应的平衡饱和度（%）；∆为水垫塘底板平均相对压强（kPa）；P0为当地大气压强（kPa）；为修正系数；kk为水流流经二道坝时的TDG释放系数；hk为二道坝高（m）；ht为二道坝上水深（m）。

当大坝采用面流消能或底流消能时，压强修正系数Φ2和水流流经二道坝时的TDG释放系数kk的取值范围会因为压强、水深、紊动强度的改变而改变，参数的选取需要进一步的大量原型观测数据来进行研究验证。

2、泄水流量对TDG过饱和生成的影响图1绘出了紫坪铺观测期间某时段内泄洪洞流量及彩虹桥（坝下500 m）和柏条河（约坝下9 km）TDG饱和度随时间的变化过程。

可以看出，下游河道TDG饱和度变化过程随着下泄流量的变化而变化，且变化趋势一致。

随着沿程水流的输移扩散作用，愈往下游，TDG变化幅度愈小。

（图1）图2为三峡工程泄水期间TDG饱和度与泄洪流量的关系。

可以看出，TDG饱和度随泄洪流量增大而增大。

（图2）可以看出，在汛期发电流量基本不变时，TDG饱和度随泄洪流量增大而增大。

高坝工程泄洪消能技术发展趋势

高坝工程泄洪消能技术发展趋势高坝工程泄洪消能技术是指用于保护高坝结构安全，并减少泄洪对下游河道和沿岸地区的冲击和破坏的一类技术。

随着社会经济的发展和人们对水资源的需求增加，高坝工程得到了广泛的发展和应用。

然而，在高坝工程建设过程中，泄洪消能技术的应用仍然存在一些问题和挑战。

因此，本文将探讨高坝工程泄洪消能技术的发展趋势，并提出相应的建议。

首先，高坝工程泄洪消能技术的发展趋势之一是应用现代化技术。

随着科技的进步，人们可以利用先进的信息技术和感知技术对高坝工程进行监测和控制。

比如，可以利用远程监测技术实时监测高坝的运行状况，并根据监测到的数据进行预测和预警。

同时，还可以利用人工智能技术对泄洪消能过程进行优化和控制，以提高泄洪效果和保护下游河道和沿岸地区的安全。

其次，高坝工程泄洪消能技术的发展趋势之二是可持续发展。

在过去，高坝工程的泄洪消能主要依靠建设大型泄洪闸门和溢洪道来实现，这种方法会对生态环境造成一定的破坏。

未来，人们将更加注重与自然环境的协调发展，通过生态修复和生态恢复技术来降低泄洪消能过程对生态环境的影响。

例如，可以通过种植湿地植被和建设人工湿地来减少泄洪流速和能量，达到消能的目的。

第三，高坝工程泄洪消能技术的发展趋势之三是多元化。

传统的泄洪消能技术主要是单一的，如溢洪道、泄洪闸等，这种单一的泄洪方式往往不能满足不同情况下的需求。

未来，人们将更加注重多元化的泄洪消能技术研究和应用，以便灵活地调控泄洪流量和泄洪能量。

比如，可以结合地质和水文条件，采用不同的泄洪方式，如砂石泄洪、泄洪习性改变等，以降低泄洪对下游河道和沿岸地区的冲击。

第四，高坝工程泄洪消能技术的发展趋势之四是智能化。

随着物联网、大数据和云计算等技术的发展，人们可以实现高坝工程泄洪消能技术的智能化控制和管理。

通过将传感器和执行器安装在高坝的关键部位，可以实时监测和控制泄洪过程，以保护高坝和下游河道的安全。

同时，还可以通过数据分析和模型预测来优化泄洪消能过程，实现泄洪效果的最大化和资源的最优配置。

泄水建筑物的消能方式综述

泄水建筑物的消能方式综述作者：李智军来源：《城市建设理论研究》2013年第03期摘要：目前，在高水头、大单宽流量工程中，挑流消能方式应用较广。

底流消能方式则具有独特的优势。

它具有入池流态稳定、消能效率高、对地质条件和尾水位变化适应性较强、泄洪雾化影响小等优点, 常常在中、低水头的泄水消能工程中被采用。

关键词：消能方式；挑流消能；底流消能；面流消能；戽流消能；其他消能方式Abstract: At present, in the high head, large discharge per unit width engineering, ski-jump energy dissipation methods widely used. Energy dissipation has unique advantage. It has stable flow into the pool, energy dissipation and the advantages of high efficiency, adaptability to the change of the geological conditions and the tail water level strong release flood waters, atomization effect is little, be used often in energy dissipation engineering, low head sluice.Key words: energy dissipation; jet flow; energy dissipation; surface flow energy dissipation; bucket flow energy dissipation; other energy dissipation0前言近几十年来，国内水利水电建设迅速发展，水电枢纽工程的规模越来越大。

试析我国高坝泄洪消能研究的新进展

我国高坝泄洪消能研究的新进展
赫兰波
（杜尔伯特蒙古族自治县乌双管理站，黑龙江大庆１６３２００）摘要：当前我国的水利发电正在各地如火如荼的展开，方便了人们的生活，促进了经济的发展。同时对于水利发电涉及到的各领域的技术要求，也在不断的提高。比如高拱坝泄洪消能方面，一直都是比较热门的研究领域。我国的高坝泄洪消能方面，已经达到了国内外比较先进的水平。结合实际情况，并在查阅了相关资料的基础上，对高拱坝泄洪消能问题进行了深入浅出的研究和分析。关键词：高拱坝；泄洪；消能
于挑流消能，我国目前大部分在建与待建的大型水电站，如三峡水高坝泄洪消能是水电站的重点研究内容之一，是关系的水电站利枢纽、小湾、龙滩、溪洛渡、糯扎渡、白鹤滩等均采用了以挑流消能的发电效率关键问题之一，所以对高坝泄洪消能的研究具有重要的为主体的泄洪消能方案。现实意义。高坝泄洪消能的研究比较复杂、需要我们综合分析考虑在过去的高坝工程中之所以选择底流消能的情况较少，主要原多个方面的问题。我国在不断学习、不断实践以及不断创新的过程因在于经济和技术这两个方面。经济上来讲，就是采用底流消能方中，掌握了一套独特的方法和技术，在高坝泄洪消能领域的研究取式的话，所造的底流消力池成本较高，这将导致工程投资过大。而且得了不错的成绩，提高了水电站的发电效率以及经济效益。因为高坝工程的工作水头比较高，所以消力池的临地流速也非常的２高坝泄洪消能研究快，对消力池的安全稳定造成了影响。但是和挑流消能比较，底流消从国内外现状看，高拱坝已成为大型水电站的主选坝型之一。能对地质条件的适应能力明显更强，而且底流消能所造成的洪雾也我国目前在建与待建的一批大型水电站，如小湾、溪洛渡、锦屏、白比较小，对环境的影响可以不计，那么当前人们逐渐提高了对高坝鹤滩、构皮滩、乌东德等，都采用了高拱坝布置方式。泄洪雾化方面的要求之后，选择底流消能将更加合理。我国近期投我国的高拱坝工程具有自身独特问题，它主要特点表现在河谷入开发的大型水电站如向家坝、官地等都采用了底流消能方式，就较窄、水头较高、泄量较大等方面，所以泄洪消能方面具有着艰巨复是很好的实例。杂的挑战，并且选取了独特的泄水建筑物构架，如坝身开孔泄洪以近年来，我国学者结合向家坝水电站，针对高水头、大流量条件及岸边益洪道方式，甚至还有泄洪洞分流法。１９９８年我国建成了一下底流消能技术进行了深入研究，提出了一种新型的跌坎式底流消个具有标志性意义的二滩水电站高拱坝工程，它坝高最高达到２４２能工。通过实验我们得出，新型的消能工可以大幅度的减少消力池米，下泄流量达到了最多２３９００立方米，秒，这其中仅坝身的泄量临底流速以及脉动压强，对于消力池的安全稳定运行非常有好处，就高达１６３００立方米／秒，这些优秀的成绩已经达到了国内外前列而且还可以做到水头高、流量大等方面的泄洪消能要求，更加有利水平。为解决坝身泄洪消能的技术难题，通过大量的技术论证与科于底流消能运用到高坝建设当中。所以在这项研究成果推出之后，学研究，最终采用了“ 坝身表孔与深孔双层泄水孔口布置、下游设水我国有很多水电站采用了这种跌坎型底流消能工的形式，这其中官垫塘与二道坝、通过水舌碰撞促进消能、并辅以岸边泄洪洞泄洪” 的地和金安桥水电站是非常好的例子。对于这种新型的消力池来说，那么对于这个问题我们要考虑的因素很泄水建筑物布置格局与消能模式，建成后经数年实际泄洪考验，表关键在于跌坎高度的选择，明是成功的。在此之后的高拱坝工程，大都沿用了上述 “ 二滩模式 ” 。多，比如入池单宽流量、消力池自身长度、入池流速、尾坎的高度以近年来，随着科研与设计水平的不断提高，高拱坝坝身泄洪规及尾坎下游水位等方面。４展望与建议模在二滩水电站基础上又有了大幅提高，如溪洛渡与自鹤滩水电站的坝身最大泄量均已达到３００００立方米／秒的世界级水平，坝身泄高坝泄洪消能技术的基础性理论研究亟待加强。从发展历史与洪功率也在二滩水电站２６５６０ＭＷ的基础上增大了１倍。对于高拱现状看，高坝泄洪消能仍然是一门实践性很强的应用性学科，其研坝的这种独特的二滩模式而言，最关键的问题是其溢流到表孔的出究方法目前仍以试验研究为主要技术手段，在解决实际工程问题往往需要与已建工程成败的经验教训与研究者的经验积累。尽口鼻坎的布置，就当前的技术水平来看，可以达到较好的控制底板时，冲击压强的目的，使用较多的是那种射出角度不同的、差动较大的管如此，同其它学科一样，基础理论方面的研究依然十分重要。而目布置方式，这样可以将流水的能量分散，使得水垫塘底板冲击压强前的情况是，大量研究工作往往受限于研究周期与经费，只能立足降低，另一方面通过对溢流前缘采用舌形出口鼻坎和在这基础上多于解决具体工程的生产实际问题，而缺乏系统而深入的总结归纳与设置分流齿坎也是比较有效果的工程措施。理论分析，致使这种学科对于其自身的理论基础方面的研究较为不非碰撞式坝身泄洪消能布置研究。在“ 二滩模式 ” 中，表孔与深足，同时进展速度不理想，在高速水流水气两相流理论、空化空蚀理孔双层水舌之间的碰撞在促进消能的同时，也会使泄洪雾化有所加论、岩石冲刷理论、高速水流数值模拟计算理论这些领域中最近几剧。为此，我国学者在二滩模式的基础上，正在探索进行非碰撞式坝十年都没有做出显著的成果。那么我们都应该清醒的认识到，这其身泄洪模式的研究。中对于理论方面的研究和发展的缺乏，限制了学科的发展空间。所深厚覆盖层条件下高拱坝坝身泄洪消能布置研究。目前，我国以应当加大对这方面研究的重视程度。结束语西南地区有几座高拱坝工程，如乌东德水电站与松塔水电站等都面临下游覆盖层深厚的技术难题，若仍采用传统的“ 二滩模式” ，则需综上所述，高坝泄洪消能问题是复杂的，需要多方面的努力和我国在这个领域中已经取得了较为不错的成果，达到了国要修建规模宏大、造价昂贵的水垫塘与二道坝，而实际情况是，由于配合的，内外比较先进的水平。比如在非碰撞式坝身泄洪消能布置研究、深下游水垫深厚，水垫塘底板能承受的冲击压强已十分有限，而且消厚覆盖层条件下高拱坝坝身泄洪消能布置研究领域我国取得了非能区的水体体积也已足够大，足以耗散下泄能量，此时采用既护坡又护底的大型人工水垫塘与二道坝布置方案，从技术与经济两方面常显著的进步。相信在我国不断的实践、学习、创新的过程中，高坝

夹岩水库泄洪消能建筑物布置与结构计算

夹岩水库泄洪消能建筑物布置与结构计算杨长春;马玉林;陈欢【摘要】夹岩水库坝址区具有洪水峰高、下游水位变幅大、河谷狭窄、建筑物布置紧张、调洪运行条件复杂等特点,泄洪消能及下游河岸防冲刷技术问题较突出.结合调洪计算成果,为尽量缩小溢洪道宽度,综合考虑地形、地质和枢纽布置等条件,设计优选“溢洪道+泄洪洞”的组合运用泄洪方式.泄洪洞短洞尺寸(出口宽×高=5.5m×6m)与溢洪道3孔(宽×高=8m×12 m)按近3:7比例联合泄洪,均采用连续鼻坎挑流消能,泄流能力满足要求,各工况下消能和防冲刷效果良好.【期刊名称】《水利科技与经济》【年(卷),期】2019(025)006【总页数】5页(P1-5)【关键词】溢洪道;泄洪洞;挑流消能;夹岩水库【作者】杨长春;马玉林;陈欢【作者单位】贵州省水利投资(集团)有限责任公司,贵阳550081;贵州省水利投资(集团)有限责任公司,贵阳550081;西北农林科技大学水利水电科学研究院,陕西杨凌712100【正文语种】中文【中图分类】TV6531 工程概况夹岩水利枢纽及黔西北供水工程为贵州水利建设“一号工程”，是一座以城乡供水和灌溉为主的综合性大型水利枢纽工程。

夹岩水库属峡谷型水库，河谷基本呈对称V字型，左右岸均较陡，河谷形态完整性较好。

水库大坝为混凝土面板堆石坝，正常蓄水位1 323.0 m，总库容13.23×108 m3，为Ⅰ等大(Ⅰ)型工程。

坝址上下游立视见图1。

图1 坝址上下游立视图夹岩水库坝址处河谷狭窄，洪水峰高、水位变幅较大。

高坝总和河谷狭窄紧密联系在一起，通常大坝越高，坝址处河谷也越狭窄，这对于坝高154 m的夹岩水库混凝土面板堆石高坝而言，溢洪道布置就越困难。

峡谷型高坝方案设计，除要考虑建坝河段河势、地形、地质、结构和施工等因素外，泄洪建筑物的合理布置及结构型式优化是一个关键技术问题[1]。

为确保大坝泄洪建筑物方案与工程地形地质具有较好适应性，结合地质勘探揭露情况，从泄洪建筑物平面布置、泄流能力和结构稳定性等方面进行详细论证分析，确保岸边溢洪道与泄洪洞组合运用泄洪方式具有良好泄洪消能效果，为大坝枢纽综合布置优化提供技术支撑[2]。

我国高坝泄洪消能研究现状

随着水电开发的不断深入，我国高坝建设规模 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ益增大。
溢流坝全宽度，使下泄水流的能量大大减少。一些工程由于坝较高、单宽流量大，原单圆弧消力戽无法满足消能要求，戽后
涌浪既高且陡，水流跳动剧烈，尾水波动大，河床冲刷严重，
为此提出了适合于高坝、大单宽泄量的戽型，如戽式消力池，
关键词：高坝；泄洪消能；模型试验；数值模拟
中图分类号：ＴＶ６８
前言
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６ — ７９７３（２０１５）０５ — ０１６４ — ０２
一
、
量掺气，并在宽尾墩后一定距离处与主流撞击，混掺，扩散至
二、高坝泄洪消能现状近５０年来，中国的水利水电事业得到快速发展，特别是改革开放以来，建设了一大批大型水利水电枢纽。然而水利工程建设中常常面临下游消能剩余能量过大、下游地形过于狭窄等问题，致使消能结构设计异常困难，需要采取技术上的革新
１６－８］
消能；岩滩水电站采用宽尾墩、戽式消力池联合消能。此外，
掺气分流墩、隧洞孔板消能等新型消能设施研究也取得了很
大的成就。掺气分流墩已在拓林水电站泄水道中试用，历经
１９８３、１９８４年诸次洪水考验，证明掺气减蚀和消能防冲效果显著。孔板式消能工已为小浪底工程所采用。三、高坝泄洪消能物理实验研究
工程的泄水建筑物出现不同程度的破坏，有的破坏相当严重
－５ｌ
，
其中，下游消力池防护结构的破坏是最常见形式。同时

水力学-消能参考文档

0.72 5.6637875 1.631528 4.4499315 34.11213 27.28971
0.73 5.6178378 1.2630394 4.7723818 33.72608 26.98086
（2）用试算法计算消力池池深
' hc02
q2
2g( ' hc02 )2
d
ht
q2
2g(1ht )2
10.2 底流式衔接与消能
10.2.1 泄水建筑物下游收缩断面水深的计算
列坝前断面0-0及收缩断面c-c的能量方程：
H
a1
v02
2g
hc0
vc02
2g
vc
2 0
2g
令，T为有效水头，T0称为有效总水头，则有
H
a1
v02
2g
T
v02
2g
T0
T0
hc0
(
)
vc02 2g
令流速系数 1
为
hj
，v则t2 有
2g
H1
v12
2g
ht
vt2
2g
hj
ht
(
) vt2
2g
H1
ht
(
)
vt2 2g
v12 2g
H1 ht z
1
12
• 上式可改写为
z vt2 v12 2g12 2g
•以
vt
q ht
,v1
代入q上式得
' hc02
z
q2 2g
1
(1ht
)2
(
' hco2 )2
2. 建坝时，为节省工程造价，使泄水建筑物的泄水宽度比原河床宽度小，使泄水时的单宽流量加大，即水流集中。

高等水工建筑物

一、引言——高坝泄洪安全问题
2.泄水建筑物的破坏
据统计有近1 /3水利水电工程的泄水建筑物出现不同程度的破坏。
坝身泄洪：其下游消力塘防护结构的破坏是最常见
形式，消力池底板的严重破坏：
萨扬水电站（前苏联）“俄罗斯萨扬水电站8· 17事故
的教训与启示 ” 五强溪（湖南沅陵）“五强溪水电站右消力池底板块失事分析 ” 鱼塘水电站（贵州遵义 2006）
二、高水头泄水建筑物的主要型式和布置特点
二、高水头泄水建筑物的主要型式和布置特点
1.传统泄洪消能型式
底流消能挑流消能面流消能
二、高水头泄水建筑物的主要型式和布置特点
2.坝身泄洪
大差动挑流消能型式（空中碰撞）
风滩水电站湖南沅陵，我国第
一座空腹重力拱坝，最大坝高 112.5m ，34800m3/s ，170m2/s
高等水工建筑物
——高水头泄水建筑物专题
水工结构工程专业
一、引言——高坝泄洪安全问题
一、引言——高坝泄洪安全问题

近20年来我国的水电事业蓬勃发展, 一大批接近300 m或超过300 m的高坝或超高坝都要相继开始建设。我国的水能资源多位于西部的高山峡谷地区,这些工程在泄洪消能方面的共同特点是“水头高、流量大、泄洪功率大、河谷狭窄、地质条件复杂”, 这无疑增加
宽尾墩消能型式（纵向扩散）
岩滩水电站宽尾墩－戽式消力池消能工
二、高水头泄水建筑物的主要型式和布置特点

一、引言——高坝泄洪安全问题
1.特点：

水头高。坝高200～300m 的大坝,其泄流流速都已超过30～40m/s ,有的甚至于达到50m/s 以上。高速水流会引起的一系列问题,如空化空蚀、脉动与振动、掺气与雾化等流量大。我国的高坝泄水建筑物的泄水流量多数都超过10 000m3/s , 溪洛渡和向家坝两个工程的泄流量达40000～48000m3/s , 三峡水利枢纽泄量达到80000m3/s 以上,这在国外是没有的

泄水建筑物消能池设计探析-水工建筑物论文-水利工程论文-水利论文

泄水建筑物消能池设计探析-水工建筑物论文-水利工程论文-水利论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——桥街水电站泄水建筑物消能方案研究与分析摘要：桥街水电站出口消能池受坝址区地形地质条件的限制, 横断面布置为不对称形。

结合消能池结构布置, 就底流式消能中下挖式消能池和综合式消能池的消能效果展开对比研究, 选取了合理的消能方式。

通过水力模型试验, 对所选消能池结构设计进行优化, 试验结果表明不对称的扩大断面形式带来的过流能力加大效应明显低于其因不对称带来的对水流的扰动效应, 池内自中部开始布设消能墩消能效果显着。

无论从结构布置, 还是消能效果方面, 选用底流综合式消能池明显优于下挖式消能池。

关键词：桥街水电站; 消能池; 消能方式; 水力模型试验; 消力墩;作者简介：寇甲兵(1984) , 男, 河北张家口人, 工程师, 主要从事水工结构设计相关工作。

;收稿日期：2018-03-26Study and Analysis of Energy Dissipation Scheme for Sluice Structure of Qiaojie Hydropower StationKOU Jia-bing MI Yan-fangYunnan provincial survey and design institute of water conservancy and hydropowerAbstract：The energy dissipation pool at the outlet of Qiaojie Hydropower Station is confined by the topographic and geological conditions of the dam site area. Combined with the structure layout of energy dissipation pool, the energy dissipation effect of undercuttingenergy dissipation pool and comprehensive energy dissipation pool in the bottom flow energy dissipation is compared and studied, and a reasonable energy dissipation method is selected.Based on the hydraulic model test, the structure design of the selected energy dissipation pool is optimized.The test results show that the effect of increasing the flow capacity caused by asymmetric enlarged section is significantly lower than the disturbance effect. The energy dissipation effect of installing energy dissipation piers in the middle of the pool is remarkable. In terms of structure layout and energy dissipation effect, the bottom-flow comprehensive energy dissipation pool is obviously superior to the bottom-dig energy dissipation pool.Keyword：Qiajie hydropower station; energy dissipation pool; energy dissipation mode; hydraulic model test; baffle block;Received：2018-03-260 引言桥街水电站位于保山市腾冲县芒棒镇, 是龙江瑞丽江干流龙江一级～桥河段龙头水库及相关梯级水电站开发方案中位于龙文桥电站下游的第二级电站, 电站装机容量222.5MW, 设计水头22m, 设计发电引用流量238.8m3/s, 是以发电为单一任务的径流引水式电站。

内高水头大流量泄洪洞消能工的研究现状及展望

内高水头大流量泄洪洞消能工的研究现状及展望20o9年6月中南水力发电第2期高水头大流量泄洪洞内消能工的研究现状及展望于磊孟涛(中南勘测设计研究院,湖南长沙410014)摘要由于高坝建设的需要,传统常规的消能方式不足以满足泄洪消能的要求,为此内消能工的研究发展越来越受到国内外的重视.本文简述了泄洪洞内消能工的主要型式,主要特点,作用以及实际工程应用等,并分析了目前研究中尚存在的一些问题,展望了未来的发展趋势.关键词内消能工泄洪洞水电T程综述1前言高坝泄水建筑物下泄的水流.在上下游落差的作用下,具有很高的流速.加上泄水前缘总比原河床宽度为小,使得泄流相对集中,单宽流量很大,因而下泄水流具有很大的能量.如一座百米高坝,泄水流量Q为10000m3/s,落差H为80m时,其泄洪功率将达到N=785x10kW如此巨大的水流能量如不采取消能措施,在与下游水流衔接过程中.便会冲刷河床,河岸,还会造成下游极恶劣的水流流态,如回流,波浪和折冲水流等,影响建筑物的正常运行,甚至危及大坝的安全.据统计,泄水建筑物的费用一般占大坝整体费用的40%～60%,而消能防冲设施的费用在泄水建筑物中占40%～50%.另据103座大中型泄水建筑物的调查统计,造成破坏的有67座,占总数的65%;其中冲刷与淘刷破坏为38座,占56.7%;空蚀和磨蚀破坏各占32.8%与10.15%t.因此,泄水建筑物下游的消能防冲问题,无论从技术上还是从经济上来讲,都是非常重要的,必须结合具体条件对水流的衔接方式,能量的消散以及对建筑物的影响等进行妥善的研究和处理.目前国内外采用的常规消能方式主要为底流,面(戽)流,挑流三种.底流水跃消能在高水头及大单宽流量条件下.工程量较大,投资较多,工期较长.当人池流速达到40zrds左右时.引起的紊动,冲刷,空蚀和磨损等问题导致消力池发生破坏的事例也常有报道].面流消除的能量较小,面流流速大,造成长距离内的岸坡冲刷.因此,需要采用其它辅助消能工联合运用.才能起到更好的消能效果.挑流消能的下游局部冲刷问题常很严重,尤其是峡谷河道高陡岸坡的稳定问题及挑流雾化问题.需充分重视并采用有效措施加以保护.由于高坝建设的需要,传统常规的消能方式不足以满足泄洪消能的要求,一些新的泄洪消能方式得到了较多的研究与应用,如导流隧洞改建为永久利用泄洪洞,在泄水建筑物的内部即消减水流的大部分能量,使通过泄水建筑物出口的剩余能量大为减小.甚至达到泄洪建筑物出口可以不作或少作二期工程的程度.就能方便地满足下游水流衔接的要求,使这种利用导流隧洞的方式更具生命力2泄洪洞洞内消能工我国已建和在建的大型高坝水电站,大多位于高山峡谷地区,地质,地形条件复杂,加之水头高,下泄量大.使枢纽泄洪消能布置面临种种挑战,而将导流洞改建为永久泄洪洞,无疑是解决问题的有效途径之一泄洪洞洞内消能工的主要作用就是改善泄洪洞内的水流流态,降低洞内流速,避免发生空蚀和减轻出口冲刷及雾化程度14].30中南水力发电第2期从水力学特点看内消能工可分为:①突缩突扩式消能工;②旋流式消能工;③井内对冲水垫塘式消能工;④混合交互式内消能工.2.1突缩突扩式消能工突缩突扩式消能工主要包括孔板式和洞塞式两种型式.其特点是主要依靠水流局部突缩突扩的阻力损失消能,消能区域基本在水流内部.型式简单,便于防护.2.1.1孑乙板消能孔板消能的原理是在原导流洞内前端适当位置,设置几道内径小于洞径的钢筋混凝土环形板.当高速水流流经每级孔板时,水流发生突然收缩和扩散,从而在板后的洞腔内形成强烈的紊流混掺.水流内部发生摩擦,剪切和碰撞,将其能量转化为热能,消耗大量的动能和势能,从而达到了降低洞内流速和压力的目的目前国内正式采用孔板消能的大型工程为黄河干流上的小浪底枢纽3条导流洞所改成的孔板式泄洪洞_6'7],即采用3级孑L板消能工,洞内水流利用孑L板收缩扩散,再收缩再扩散而逐级消能.通过研究试验证实.控制孔板孔径与洞径适宜的比值和孔板与孔板问的适宜间距,既可降低流速又能防止空蚀.消能效果较好.2.1.2洞塞消能洞塞消能工的特点归纳起来主要有以下几点: (1)洞塞体型十分简单,竖井段尺寸小,流态简单,进口闸门也是简单的常规闸门,泄洪洞整体技术经济性能优越:(2)洞塞泄洪洞的过流能力,消能效果及压力特性取决于各级洞塞(含隧洞出口收缩断面)的体型尺寸及其比例关系.体型确定后,其过流消能正比于总水头的平方根.进水口工作门不起控制流量的作用;(3)洞塞式的有压流运行方式不存在竖井掺气,平洞段排气,洞尾明流转变为有压流和出口间断性排放气囊,设置的平通管有助于将空气排向下游; (4)闸门开启前竖井内有较大的水垫深度,竖井底部,上弯段外侧水流冲击部位及各级洞塞时均压力变化平稳.脉动压力不大:(5)泄洪洞内流速较低,且具有较大正压,水流空化数很大,不存在空化与冲刷问题,导流洞设计施工对平整度和防冲问题可不作很高要求,工程造价节省.水流在洞塞内流动情景见图l.洞塞方案应满足以下三个基本条件:首先,洞塞进口过水断面突缩将图I洞塞消能示意图导致洞塞内流线分离,前端动水压力大幅度降低,因此泄洪洞内的压力必须足够大以保证洞塞内有足够的正压,避免空化现象;其次,洞塞泄洪洞在各种工况情况下不应出现明满流转换,一直保持满流状态的流态最为稳定,泄洪洞布置高程应尽可能低,出口顶部与下游水面以下有足够淹没深度;最后.各级洞塞的尺寸及相互比例的协调是关键,除了根据泄流量设计各级洞塞的尺寸,还应根据整个系统的水力学计算以保证各级洞塞内适当的正压l8I.加拿大的麦加堆石坝(高245m)左岸泄洪洞是利用导流隧洞改建而成(如图2所示),最大水头175m.洞径13.8m.为了降低流速,采用了2个混凝土堵塞段,上游堵塞段长49m,装3根钢管,成倒品字排列;下游堵塞段长37m,间隔104m,装3根并列钢管,使水流在扩散消能室内进行消能,可使水流从52m/s降至35m/s,消能达50%以上.该洞在投入运行后经多次检查.在扩散消能室未发现空蚀破坏.2.2旋流式消能工旋流消能种类很多,有单旋和双旋消能方式,由于双旋消能结构复杂.因此在工程上多采用单旋消能工我国目前主要对竖井旋流进行了研究.旋流竖井式泄洪洞具有体型简单,布置灵活,消能效率高等特点.旋流竖井消能工的工作原理是库区水流进入竖井井口涡室,形成环状旋转水流进人竖井.井内自由旋涡水流在边壁的摩阻力,水流内剪力及阻力作用下,消散大量能量.旋涡水流进人水平明流段后,继续旋流消能,但在实际工程中仅仅靠旋流消能还是不够充分的.因此在泄洪洞出口断面设置竖向压板.通过控制出口断面的水流流速可改变泄洪洞洞内流态.当竖向压板孑L口高度取值合理时, 泄洪洞洞内可形成前后连通的有压空腔,使洞内流态基本不受下游水位的影响.至于洞口排气问题,也可通过多孔平板技术予以有效解决.在泄洪洞出口的水平明流段范围内通过设置多孔平板可有效控制出El处的水浪高度,使泄洪洞出15及其下游区域内的水流流态保持平稳.前苏联的研究成果表明:竖井旋流消能工具有良好的水力特性和消能效果,消能率通常可达85%,是将导流洞改建为泄洪洞的较佳的消能方式.第2期于磊孟涛高水头大流量泄洪洞内消能工的研究现状及展望3l 8—8c—CE—EF—F图2麦加坝高水头泄洪洞扩散式消能室小湾水电站是澜沧江中下游梯级开发的巨型水电站.针对小湾水电站高水头,大流量的特点,通过大量的研究,将旋流竖井式泄洪洞技术应用于小湾水电站导流洞改建丁程,并提出了适合小湾工程特点的体形布置形式,解决了下游高水位淹没泄洪洞出口的技术难题.研究表明,这种旋流竖井式泄洪洞的消能率可达到90%左右,涡室与竖井的水流流态比较平顺.压力分布合理,导流洞内水流速度低于20m/s,不失为高水口,大流量条件下改建为泄洪洞的有效方法之一.中国水利科学研究院水力学所于1994年首次结合四川沙牌水电站导流洞改建工程,提出由常规压力短进水口,引水洞与涡室连接的旋流竖井式泄洪洞结构型式,并被工程设计采用,该工程洞内消能率达80%.2000年该所和成勘院又对溪洛渡导流洞改建为旋流竖井式泄洪洞进行了深入的试验研究,解决了关键技术问题,创新性地优化了涡室与引水洞.竖井与泄洪洞连接体型和结构尺寸,提高了泄洪消能率,有效地阻止结构的空蚀,振动.旋流消能T是解决高坝水力设计中高水头,大流量条件下泄水建筑物的安全和充分消能问题的有效途径.但是采用旋流消能工也带来一些新的技术问题:(1)对高水头,大流量的大型水利枢纽工程,通常泄洪洞的泄量大,流速高,洞内流速可能超过50m/s,而一般导流洞的衬砌条件允许流速仅为20m/s.因而存在增大泄量同时又提高消能率的问题;(2)由于旋转水流的高速旋转运动,切向流速增大,可能会因壁面的施工缝隙,错台等引起空蚀,这对结构设计采用防护措施带来一定的困难;(3)旋流消能工的消能原理就是利用旋转水流的高度紊动来达到消耗水流能量的目的,但水流的高度紊动可能会对结构振动带来不利影响.目前旋流消能工的研究方法有两种:试验法和数值模拟法,从国内外研究的进展来看,大多数研究还处于试验阶段.试验也多为常压试验,通过试验对旋流消能工的流态,压力,流速,泄流能力,消能率等方面进行研究分析,以探讨其消能机理,但尚处于开拓探索阶段.仍然有待于进一步开展研究工作.用数值模拟法研究旋流式消能工的报道和国内外关于运用减压试验对旋流消能工的空化空蚀特性研究的报道都比较少,这主要是由旋转水流复杂性所决定的. 32中南水力发电第2期前苏联的A..Ⅱ.祖伊科夫和A.切帕伊金对涡旋式无压泄水道的水力计算的解析进行了推导,B.B.沃尔尚尼等对旋转竖井溢洪道的水力计算的解析进行了推导,两者的理论基础都是守恒定理(质量,能量,动量).通过计算对泄水道的水力特征和流态进行预测,但这项工作还不够深人,有待于进一步研究.2.3并内对冲式消能工井内对冲式消能工和外对冲式消能原理相同.一般均配有水垫塘,保护井底结构,并进一步消能.印度尼西亚的查蒂努赫工程即属于此类内消能工. 查蒂努赫工程位于印度尼西亚芝塔龙河上.大坝为粘土斜墙堆石坝,坝高112m,坝长1200m.由于坝址基础条件差,不适宜隧洞开挖.决定在大坝上游面附近河滩上建造一个大直径圆形混凝土进水塔.将所有建筑物均布置在塔内.大圆塔为直径90m的薄壁塔式泄水建筑物,高108m,塔内设灌溉引水底孔,表面溢洪道和6x3.1万kW的水电站厂房.塔上部沿圆周布置总长152m的溢洪道,水舌厚4.6m,可将洪峰从8O00m3/s消减到3O00m3/s.水流经过塔顶溢流跌落到水垫塘,与引水底孔射流水舌冲撞消能,经过水垫塘的漩滚再次消能后,流速可降至20m/s左右.然后和电站尾水一同进入坝基内2条10.2mxI1.Om马蹄形尾水涵洞人出口消力池].2.4混合交互式消能工混合交互式消能工是上述几种内消能工的组合型式.例如:井内对冲水垫塘消能后转入旋流消能.再~n;fk板与外螺旋组合,使孔板后的轴向水流被外层环向旋流包裹等.这类组合式消能工研究有广阔的空间,但尚未达到较为成熟的阶段.3研究尚存在的问题上述的几种内消能工在泄洪洞内部均有较高的消能率,致使泄洪洞出口断面处的剩余能量大大减少,大大降低了出El消能的负担,降低了水力设计的困难,但由于洞内消能工是新型结构,国内外尚缺少实践经验,今后需结合实际工程进一步进行理论和试验研究,并开展原型观测.对于低尾水位,采用旋流式消能工比较有利,易防空蚀,消能率可高达85%以上.对高尾水位并限制闸门在低库水位运行时,采用孑L板(洞塞)可能是有利的,但需设多道孔板f或洞塞),才能达到理想的消能率.对内消能的消能过程和相应机理还需进一步深入研究,对内消能工水流脉动能量的产生,输移,耗损以及超高速水流对泄水建筑物局部范围的影响和作何处理等,必须作进一步试验研究和理论上的探讨.高速水流研究中测试仪器和手段也有待改进.深孔泄水时,水流或多或少带有泥沙,有文献对孔板消能情况下含沙量的影响进行了讨论:水流含沙量越大,消能效果越好;同时浑水使动水压力增强.但水流的含沙量对涡流及洞壁的影响有待进一步研究,在达到消能的情况下,如何尽可能地增大泄量,也有不少工作要做.4展望'随着我国高水头水电工程建设的发展,大量高速水流消能防冲的科学试验研究成果被用于工程实践.从而使过去的单一消能工模式向多种消能工联合消能模式发展.在各单一消能工研究基础上,可进一步探索综合各类内消能工的优点,布置成混合形式,有文献对此作了有益的尝试,利用竖井涡流流态稳定,可表层取水等优点,将水流能量先由竖井涡流消减一部分,在水平段再设置孑L板消能.柴恭纯等的研究使旋转水流进入突缩突扩式消能工内.利用旋转水流产生的水垫层避免了边壁空蚀发生.5结语本文对高水头大流量泄洪洞内消能工的研究现状及发展进行了综述.21世纪前20年,我国将有大批高坝兴建在西南高山峡谷区,河道狭窄,水头高,泄量大.因此,对内消能工进行研究和推广应用将会对我国水电建设事业起到积极作用.参考文献[1】袁银忠主编.水工建筑物专题[MJ.北京:中国水利水电出版社.1997.[2]Loeher,F.A.andHsu,S.T.,EnergyDissipationatHiDams.EditedbyNovak,D.,DevelopmentsinHydraulic Engineering,1984.[3】陈椿庭主编.高坝大流量泄水建筑物【M】.水利电力出版社.1988(2):24-32.【4]程琳,许新庆,葛庆胜,赵万里.我国水电站泄洪消能措施现状与展望[J】.黄河水利职业技术学院,2004,16(4):1-3. 【5]向桐,才君眉.水工隧洞内消能工的研究与实践【J].水利水电技术.1999.30(12):69—71.【6]李燕红,闫国保.浅谈新型消能工孔板消能设计[J1.山西水利.1997(3):27.【7]吴建华,柴恭纯,向桐.小浪底孔板洞水力特性及其优化的研究[J1.水利,1995(增刊):101—109.【8]刘善均,杨永全,许唯临,王韦.洞塞泄洪洞的水力特性研J】.水利,2002,7(7):42—47.收稿日期:2009～05—18。

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我国目前高坝泄洪消能设计的特点***(**大学建筑工程学院，天津 300072)摘要：高坝泄水建筑物泄水，携带巨大能量，必须慎重处理，精心选择泄水建筑物和消能结构，才能保证大坝的整体安全。

近年来，随着一批高坝的设计、建设和运行，我国的高坝泄洪消能技术取得了很大进步，主要表现在坝身泄洪和岸边溢洪洞泄洪消能技术的应用，泄洪消能建筑物趋于集中布置的特点，以及我国新型消能技术的发展。

关键字：水工结构；泄洪消能；综述；特点China's current energy dissipation featuresOf dam design***(School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072)Abstract:The dam sluice discharge structure, carrying tremendous energy,requires careful consideration, carefully selected discharge structures andenergy dissipation structures, to ensure the overall safety of the dam. In recentyears, with some of dam's design, construction and operation, China's energydissipation technology has made great progress, mainly in the dam spillway andthe shore, Spillway energy dissipation technology, Energy dissipation structurestend to focus on building layout features, as well as China's new energydissipation technology.Keywords: Hydraulic structures; energy dissipation; Summary; characteristics0 引言我国水能资源丰富，全国水能资源理论上蕴藏量6.94亿kW，技术可开发量4.02亿kW。

进入21 世纪以来，随着我国能源发展战略的实施和电力体制改革中市场竞争机制的成功引入，我国水电开发开始进入快速发展期。

水利水电工程挡水、泄水和发电三大建筑物布置中，泄水建筑物布置及泄流消能结构选择尤为重要。

因为筑坝雍高水库水位，泄水建筑物泄水时，携带巨大能量，必须在坝下河床较短距离内集中处理，如果处理不慎，就会造成泄水建筑物破坏，从而影响水电工程的安全运行。

因此高水头、大流量泄水建筑物是保障水电工程安全并充分发挥经济效益的关键。

另一方面，泄水建筑物和消能建筑物费用很高，有的工程甚至占到水工建筑物费用的1/3。

因此，精心布置、精心研究、精心选择泄水建筑物和消能结构尤为重要。

1 我国泄洪消能建筑物的特点受河流的水文特性和地形条件的影响，我国一般大型工程枢纽的泄流消能建筑物具有以下特点：⑴水头高：如二滩水电站坝高240m，锦屏305m，小湾和溪洛渡工程接近300m。

泄流水头一般为坝高的0.5～0.8倍，流速大（一般超过30m/s，有的超过50m/s），高速水流问题十分突出。

⑵流量大：国外高坝设计泄洪流量超过10000m3/s的工程不多，二滩已超过20000m3/s，溪洛渡工程超过40000m3/s，而三峡工程通过坝身泄水建筑物的流量接近80000m3/s。

⑶河谷狭窄，导致泄水建筑物单宽流量大，过去一般认为单宽流量过100～150m3/s已属于大单宽流量，目前由于消能技术的发展，单宽流量已经突破200m3/s，少数已突破300m3/s。

⑷泄流功率巨大，下泄功率达数千万千瓦至上亿千瓦。

如此巨大地能量需要安全泄放，使泄流消能任务相当繁重，给消能防冲设计带来极大地挑战，成为筑坝的关键技术难题之一[1]。

近些年来，我国一直处于水电开发与建设的高峰期，大量的实际需求促进了高坝泄洪消能技术的发展与进步，泄洪消能设计任务越来月繁重。

尤其是峡谷河床的高拱坝，通过坝身宣泄大量洪水，泄流集中，泄洪功率大，泄洪消能和防冲设计是工程的关键技术问题之一。

从水力学角度看，我国高坝建设普遍存在高水头、大流量、窄河谷的技术特点，而且对于许多大型水电站而言，上述难点往往同时存在，对高坝泄洪消能技术研究提出了很高的要求。

近年来，我国正在和已经建设三峡、小湾、溪洛渡、向家坝、白鹤滩、锦屏、双江口等一批战略性工程，其规模巨大，工程与社会条件都十分复杂，技术难度很高。

来自工程实践方面的技术需求，大大促进了我国高坝泄洪消能技术的发展。

1998年我国建成的二滩水电站[2]是一座具有里程碑意义的高拱坝工程，其最大坝高242m，最大下泄流量23900m3/s，其中坝身泄量为16300m3/s，上述技术指标在国内外已建的同类工程中位居前列。

为解决坝身泄洪消能的技术难题，通过大量的技术论证与科学研究，最终采用了“坝身表孔与深孔双层泄水孔口布置、下游设水垫塘与二道坝、通过水舌碰撞促进消能、并辅以岸边泄洪洞泄洪”的泄水建筑物布置格局与消能模式，建成后经数年实际泄洪考验，表明是成功的。

2 坝身泄洪技术的特点目前，我国高拱坝坝身泄洪消能方式多采用深表孔挑跌流联合泄洪并结合下游水垫塘的泄洪消能形式，为了有效减轻下泄水流对水垫塘底板的动水冲击压力，须尽量分散下泄水流，减小入射水流在水垫塘单位面积上的集中强度。

往往坝身泄洪采用表孔大差动及深孔挑流，或采用表孔为宽尾墩、深孔为窄缝挑坎的形式，以获得窄长的下泄的表深孔水流流态，表孔和深孔水舌空中相互穿插下落，不发生碰撞，不仅有助于降低泄洪雾化的强度，而且可以水垫塘底板冲击动压减小[3]。

许多学者对高坝挑跌流水垫塘内的水流结构和消能机理做了大量的试验和分析，表明多股射流的水垫塘流态明显优于单股射流，前者射流扩散迅速，能耗增快且分布均匀化和全方位“动水垫”效应，使其消能效率明显提高、壁面冲击动压显著降低，合理选择多股射流的入水间距，应是水垫塘和坝身泄洪优化设计的关键因素之一。

3岸边溢洪洞泄洪技术的特点泄洪隧洞的流道很长，高水头电站内流速很高；一岸泄洪顶冲对岸，两岸对撞泄洪运用不便；护岸工程需部分水下施工，而其施工质量不易保证，部分需水下检修也不方便。

因此，泄洪隧洞宜在较大洪水时启用。

当水电枢纽泄洪同时设有坝身孔口和泄洪隧洞时，可以认为在常见洪水时，二者可以互为备用。

如二滩水电站（坝高240m ，最大洪峰23900m 3/s ）坝身表、中孔单独泄洪加发电流量，可泄2～3年一遇洪水，表、中孔共同运用加发电流量可泄50年一遇洪水，泄洪隧洞可在50年一遇以上洪水启用。

小湾水电站（坝高292m ，最大洪峰23500m 3/s ）坝身表孔单独泄洪加发电流量可泄2年一遇洪水，中孔单独泄洪加发电流量可泄20年一遇洪水，表1中孔共同泄洪加发电流量可泄百年一遇洪水，泄洪洞可在百年以上洪水时启用。

溪洛渡水电站（坝高278 m ，最大洪峰52300m 3/s ）由于汛限水位远低于表孔堰顶，一般只能先开启中孔,利用其小洪水时遇高水库水位运行（限泄），对校核洪水库水位的影响不大，可采用限泄运行。

在机组满发情况下，表孔单独可泄2年一遇洪水，中孔单独可泄5年一遇洪水，表、中孔共同可泄10年一遇洪水。

泄洪洞可在10年一遇以上洪水启用。

4泄洪消能建筑物趋于集中布置我国早期建设的水电站，如表1所列鲁布格、乌江渡、东风水电站等，其规模相对较小，为简化消能建筑物，当洪水稍大时，多在坝身和岸边同时设置多种泄洪建筑物以分区消能。

近年来随着技术的开发，为简化泄洪、泄洪消能建筑物多集中一处布置，并趋于单一形式。

表1 大流量高坝泄洪消能数据对比表Table 1 Comparison of the data table ofhigh flow Dam energy dissipation工程名称坝型坝高 /m泄洪建筑物m泄洪流量/（m 3/s ）坝身岸溢洪道泄洪洞坝身溢洪道泄洪洞总泄量鲁格布心墙堆石坝 103.8 -2/13×18 2/7.5×7 (8.5×9) - 6430 3650 10080 乌江渡拱形重力坝165 表6/13×18.5；中2/4×4.4- 2/9×10.4415700- 4130 20940 东风拱坝 162 表3/7×11；中3/2-2.5×6(1-35×45) 1/15×21 1/21×21 48604220 3320 12400 构皮滩拱坝225表6/12×15；中7/7×6--27320--27320工程名称坝型坝高/m 泄洪功率/MW 泄洪消能形式冲沙坑基岩坝身岸边总功率鲁格布心墙堆石坝 103.8 - 7400 7400 挑流灰岩乌江渡拱形重力坝 165 13800 3700 18500 挑流页岩、泥灰岩东风拱坝 162 5400 8300 13700 中孔窄缝、挑流灰岩构皮滩拱坝22539900- 39900挑跌流、消力塘灰岩、页岩图1 泄洪洞泄洪Fig. 1Theflood discharge of the spillway近年来由于消能防冲技术的开拓，随着地下厂房结构简化、施工技术成熟且安全、施工不受气候和导流程序所制约，当泄洪流量较大时，多建地下（或岸边）厂房，以让开河床集中布置泄洪和消能。

重力坝坝身开孔面积可大；拱坝弧形轴线可径向扩展，下游同等河宽情况下泄流前缘较宽，且以小工程量加高大坝，提高超蓄能力；重力拱坝具有二者之长；因此都具有加大泄洪的能力，可集中于坝身布置泄洪建筑物，如构皮滩水电站。

中等宽度河谷建坝，装机台数不多时，多采用泄洪与发电建筑物并行布置；机组台数较多时，尚可部分置于地下，如向家坝水电站。

在宽广河谷建坝，多在河中建混凝土坝段，用于集中建筑物泄洪和发电建筑物，两岸以土石坝连接，如丹江口水电站[4]。

表2 大流量高水头水电站枢纽布置对比表Table 2 The comparison table of high flow and high-head hydropower project layout枢纽布置类型工程实例河谷宽高比坝高/m坝型最大洪峰/（m3/s）泄洪建筑物布置形式机组台数发电厂房形式泄洪发电重叠布置乌江渡 2.2 165拱形重力坝24400坝身中、表孔，泄洪洞3（一期）坝后厂前挑流河床坝身泄洪地下厂房构皮滩 2.5 231 拱坝34200 坝身中、表孔 5 地下泄洪发电河床并列布置三峡12.4 175 重力坝124000坝身深、中、表孔32地下6坝后26泄洪发电河床并列布置向家坝 5.6 161 重力坝49800 坝身中、表孔8地下4坝后4河床混凝土坝段泄洪发电并行丹江口25.7 97重力坝、土坝82300 坝身深、表孔9 坝后岸边溢洪道地下厂房糯扎渡 2.33 261.5心墙堆石坝39500 岸边溢洪道9 地下大洪水集中单一的泄洪建筑物，由于泄洪消能技术的发展，大单宽泄流经三向扩散、多层挑流、碰撞掺混、均匀入水、挑流与底流结合等措施，从而也达到分散泄水、分散消能的目的，冲坑处于软基者也能运行安全。