某工程拦河坝下游冲刷破坏修复方案研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
大的移动，被冲动的四面体主要位于消力池池末
中心区域，这一方面是因为下游河宽大于消力池
宽度，两侧出池水流迅速扩散，单宽流量迅速减
小，从而使得两岸四面体几乎未发生被冲动的现
象；而另一方面，位于河心的出池水流没能得到有
效的横向扩散，其能量大于两岸出池水流，故而位
于河心的四面体被大幅度地冲动。
综上，清水冲刷导致的河道下切是冲刷破坏
２０２０ Ｎｏ １
· ２１·
四 川 水 利
为拦河坝大流量泄洪时，消力池内形成远驱式水
跃（ 图 ２（ ａ） 与图 ３（ ａ） ） ，出池流速大于四面体的
抗冲流速，加剧了四面体向下游移动的趋势，同
时，现状四面体下游段坡度较陡，水面跌落后冲刷
坡脚，导致四面体下游坡脚失稳。
从现场照片（ 图 ５） 来看，两岸四面体未发生
造成“ 尾坎” 由四面体逐渐变成消力池本身自带
５００ ０ｍ。 消力 池 两 侧 通 过 扭 面 衔 接 两 侧 河 岸。
拦河坝典型剖面布置如图 １ 所示。
图 １ 拦河坝剖面布置
２０１８ 年汛期，拦河坝消力池尾坎后的基础部
分掏空，威胁大坝安全，水厂紧急组织人员抢险加
固，调配大量体积为 １ｍ 的混凝土四面体抛投于
３
消力池尾坎下游，防止基础的进一步掏刷。 汛后
位。 实际过流情况及模型试验结果表明，在流量
大于 ２０００ｍ ３ ／ ｓ 后，消力池内为急流流态，下游水
位几乎不对消力池水跃产生控制作用，这使得从
拦河坝下泄的水体携带的能量无法在池内得到有
效消减，导致出池流速较大，进而导致四面体失
稳。 汛期及模型试验影像资料也表明，消力池尾
坎后及下游坡脚位置的四面体首先失稳，这是因
３
近下游区域。 消力池及下游河道流场分布见图 ３
布见图 ４（ ｃ） ，可以看到，消力池出池流速较小，最
（ ａ） 流态 （ ｂ） 冲刷形态 （ ｃ） 流场分布
图 ２
Ｑ ＝ ３０００ｍ３ ／ ｓ 时现状方案试验
３ 四面体失稳原因分析
图 ４
Ｑ ＝ １０００ｍ３ ／ ｓ 时现状方案试验
由于本工程所在河段上游约 ３ｋｍ 位置处新
建了一大型水电站，该水利枢纽工程建成投运后，
本工程水厂河段受清水冲刷影响，河床下切非常
严重（ 如图 ５ 所示） ，河道水位 ～ 流量关系与设计
时产生较大差异，现状下游水位远远低于设计水
检查发现，四面体出现大幅向下游冲动的现象。
的安全。
２ 现状方案试验
当流量 Ｑ ＝ ３０００ｍ ３ ／ ｓ 时，消力池及下游河道
流态见图 ２（ ａ） ，下游冲刷情况见图 ２（ ｂ） 。 消力
池发生远驱式水跃，池内靠近两岸部分水跃基本
本次研究的目的是结合理论和试验，提出加
发生在池内，这是由于池后河床宽度变宽，两侧出
【 关键词】 拦河坝 消能防冲 冲刷破坏 修复方案
中图分类号：ＴＶ１３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５－１８０９（２０２０）０１－００１９－０５
１ 工程概况
实用堰，堰顶高程 ５０４ ６ｍ，坝顶高程 ５０９ ５ｍ，拦
筑物的基础之上改建而来，其主要作用是抬高库
２０２０ Ｎｏ １
· １９·
四 川 水 利
某工程拦河坝下游冲刷破坏修复方案研究
周超
（ 重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆，４０１１２０）
【 摘 要】 针对某工程拦河坝消力池末端冲刷破坏比较严重的情况，提出了“ 消能＋固坡” 的修复思路及方案，试验
表明：该方案能够有效阻止河床进一步冲刷，同时能够稳定坝后消力池，从而增强坝体的整体稳定性。
力池出池流速达到 ８ｍ ／ ｓ ～ ９ｍ ／ ｓ，这也是四面体被
冲动的主要原因。
当流量 Ｑ ＝ ２０００ｍ ／ ｓ 时，消力池及下游河道
３
２０２０ Ｎｏ １
（ｃ） ，可以看到，消力池两侧出池流速明显小于中
部，其中部最大流速达到 ８ｍ ／ ｓ。
当流量 Ｑ ＝ １０００ｍ ３ ／ ｓ 时，消力池及下游河道
固坝后四面体的措施、维持四面体稳定的方案，保
池水流向两岸扩散，单宽流量迅速减小所致；而位
证拦河大坝的泄洪安全，从而维护下游人民、财产
于消力池中部的水体出池后水流能量没有得到有
· ２０·
周 超：某工程拦河坝下游冲刷破坏修复方案研究
效的分散，以急流的形式与下游衔接。 消力池及
下游河道各处流场分布见图 ２（ ｃ） ，可以看到，消
（ ａ） 流态 （ ｂ） 冲刷形态 （ ｃ） 流场分布
图 ３
Ｑ ＝ ２０００ｍ３ ／ ｓ 时现状方案试验
（ ａ） 流态 （ ｂ） 冲刷形态 （ ｃ） 流场分布
流态见图 ４（ ａ） ，下游冲刷情况见图 ４（ ｂ） 。 消力
池池内发生淹没水跃，下游河床基本无冲刷，四面
流态见图 ３（ ａ） ，下游冲刷情况见图 ３（ ｂ） 。 水跃
体基本无冲动的迹象。 消力池及下游河道流场分
３０００ｍ ／ ｓ） 时类似，消力池中部水跃跃首更加靠
大流 于 消 力 池 池 内， 与 大 流 量 情 况 （ Ｑ ＝
式，消力池总长 ２０ｍ，底板高程 ４９９ ０ｍ，其后采用
某工程拦河坝是在原有挡水建筑物及护岸建
区水位，保证上游水厂正常取水。
枢纽工程主要包括上下游护岸建筑物以及拦
河大坝，拦河坝采用无闸控制，溢流面采用曲线形
河坝总宽 ３２０ｍ。 下游消能防冲采用底流消能形
１：０ ５ 斜 坡 与 １ｍ 宽 尾 坎 衔 接， 尾 坎 顶 高 程
的根本原因，大流量时消力池消能不充分、出池流
速大是四面体失稳的动力来源。
４ 修复方案及试验
现状方案试验成果表明，即使是在大流量情
况下（ Ｑ ＝ ３０００ｍ ３ ／ ｓ） ，试验之初消力池内是能够
形成稳定的淹没水跃的，这是因为池末四面体实
际上充当了消力池尾坎的角色，但是随着泄水时
间的延长，位于河心的四面体开始向下游区移动，
中心区域，这一方面是因为下游河宽大于消力池
宽度，两侧出池水流迅速扩散，单宽流量迅速减
小，从而使得两岸四面体几乎未发生被冲动的现
象；而另一方面，位于河心的出池水流没能得到有
效的横向扩散，其能量大于两岸出池水流，故而位
于河心的四面体被大幅度地冲动。
综上，清水冲刷导致的河道下切是冲刷破坏
２０２０ Ｎｏ １
· ２１·
四 川 水 利
为拦河坝大流量泄洪时，消力池内形成远驱式水
跃（ 图 ２（ ａ） 与图 ３（ ａ） ） ，出池流速大于四面体的
抗冲流速，加剧了四面体向下游移动的趋势，同
时，现状四面体下游段坡度较陡，水面跌落后冲刷
坡脚，导致四面体下游坡脚失稳。
从现场照片（ 图 ５） 来看，两岸四面体未发生
造成“ 尾坎” 由四面体逐渐变成消力池本身自带
５００ ０ｍ。 消力 池 两 侧 通 过 扭 面 衔 接 两 侧 河 岸。
拦河坝典型剖面布置如图 １ 所示。
图 １ 拦河坝剖面布置
２０１８ 年汛期，拦河坝消力池尾坎后的基础部
分掏空，威胁大坝安全，水厂紧急组织人员抢险加
固，调配大量体积为 １ｍ 的混凝土四面体抛投于
３
消力池尾坎下游，防止基础的进一步掏刷。 汛后
位。 实际过流情况及模型试验结果表明，在流量
大于 ２０００ｍ ３ ／ ｓ 后，消力池内为急流流态，下游水
位几乎不对消力池水跃产生控制作用，这使得从
拦河坝下泄的水体携带的能量无法在池内得到有
效消减，导致出池流速较大，进而导致四面体失
稳。 汛期及模型试验影像资料也表明，消力池尾
坎后及下游坡脚位置的四面体首先失稳，这是因
３
近下游区域。 消力池及下游河道流场分布见图 ３
布见图 ４（ ｃ） ，可以看到，消力池出池流速较小，最
（ ａ） 流态 （ ｂ） 冲刷形态 （ ｃ） 流场分布
图 ２
Ｑ ＝ ３０００ｍ３ ／ ｓ 时现状方案试验
３ 四面体失稳原因分析
图 ４
Ｑ ＝ １０００ｍ３ ／ ｓ 时现状方案试验
由于本工程所在河段上游约 ３ｋｍ 位置处新
建了一大型水电站，该水利枢纽工程建成投运后，
本工程水厂河段受清水冲刷影响，河床下切非常
严重（ 如图 ５ 所示） ，河道水位 ～ 流量关系与设计
时产生较大差异，现状下游水位远远低于设计水
检查发现，四面体出现大幅向下游冲动的现象。
的安全。
２ 现状方案试验
当流量 Ｑ ＝ ３０００ｍ ３ ／ ｓ 时，消力池及下游河道
流态见图 ２（ ａ） ，下游冲刷情况见图 ２（ ｂ） 。 消力
池发生远驱式水跃，池内靠近两岸部分水跃基本
本次研究的目的是结合理论和试验，提出加
发生在池内，这是由于池后河床宽度变宽，两侧出
【 关键词】 拦河坝 消能防冲 冲刷破坏 修复方案
中图分类号：ＴＶ１３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５－１８０９（２０２０）０１－００１９－０５
１ 工程概况
实用堰，堰顶高程 ５０４ ６ｍ，坝顶高程 ５０９ ５ｍ，拦
筑物的基础之上改建而来，其主要作用是抬高库
２０２０ Ｎｏ １
· １９·
四 川 水 利
某工程拦河坝下游冲刷破坏修复方案研究
周超
（ 重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆，４０１１２０）
【 摘 要】 针对某工程拦河坝消力池末端冲刷破坏比较严重的情况，提出了“ 消能＋固坡” 的修复思路及方案，试验
表明：该方案能够有效阻止河床进一步冲刷，同时能够稳定坝后消力池，从而增强坝体的整体稳定性。
力池出池流速达到 ８ｍ ／ ｓ ～ ９ｍ ／ ｓ，这也是四面体被
冲动的主要原因。
当流量 Ｑ ＝ ２０００ｍ ／ ｓ 时，消力池及下游河道
３
２０２０ Ｎｏ １
（ｃ） ，可以看到，消力池两侧出池流速明显小于中
部，其中部最大流速达到 ８ｍ ／ ｓ。
当流量 Ｑ ＝ １０００ｍ ３ ／ ｓ 时，消力池及下游河道
固坝后四面体的措施、维持四面体稳定的方案，保
池水流向两岸扩散，单宽流量迅速减小所致；而位
证拦河大坝的泄洪安全，从而维护下游人民、财产
于消力池中部的水体出池后水流能量没有得到有
· ２０·
周 超：某工程拦河坝下游冲刷破坏修复方案研究
效的分散，以急流的形式与下游衔接。 消力池及
下游河道各处流场分布见图 ２（ ｃ） ，可以看到，消
（ ａ） 流态 （ ｂ） 冲刷形态 （ ｃ） 流场分布
图 ３
Ｑ ＝ ２０００ｍ３ ／ ｓ 时现状方案试验
（ ａ） 流态 （ ｂ） 冲刷形态 （ ｃ） 流场分布
流态见图 ４（ ａ） ，下游冲刷情况见图 ４（ ｂ） 。 消力
池池内发生淹没水跃，下游河床基本无冲刷，四面
流态见图 ３（ ａ） ，下游冲刷情况见图 ３（ ｂ） 。 水跃
体基本无冲动的迹象。 消力池及下游河道流场分
３０００ｍ ／ ｓ） 时类似，消力池中部水跃跃首更加靠
大流 于 消 力 池 池 内， 与 大 流 量 情 况 （ Ｑ ＝
式，消力池总长 ２０ｍ，底板高程 ４９９ ０ｍ，其后采用
某工程拦河坝是在原有挡水建筑物及护岸建
区水位，保证上游水厂正常取水。
枢纽工程主要包括上下游护岸建筑物以及拦
河大坝，拦河坝采用无闸控制，溢流面采用曲线形
河坝总宽 ３２０ｍ。 下游消能防冲采用底流消能形
１：０ ５ 斜 坡 与 １ｍ 宽 尾 坎 衔 接， 尾 坎 顶 高 程
的根本原因，大流量时消力池消能不充分、出池流
速大是四面体失稳的动力来源。
４ 修复方案及试验
现状方案试验成果表明，即使是在大流量情
况下（ Ｑ ＝ ３０００ｍ ３ ／ ｓ） ，试验之初消力池内是能够
形成稳定的淹没水跃的，这是因为池末四面体实
际上充当了消力池尾坎的角色，但是随着泄水时
间的延长，位于河心的四面体开始向下游区移动，