高水头溢洪道挑流雾化区域分析估算

高水头溢洪道挑流雾化区域分析估算
吴亮
【摘要】挑流消能是高水头泄洪建筑物的主要消能方式,但挑射水流产生的雾化引起的区域降雨是不可避免的问题,对工程安全运行造成影响.通过相似工程原型观测结果,对本工程溢洪道挑流雾化区域进行估算,为工程的规划设计提供了参考依据.【期刊名称】《吉林水利》
【年(卷),期】2019(000)001
【总页数】3页(P33-35)
【关键词】溢洪道;挑流;雾化区域
【作者】吴亮
【作者单位】新疆水利水电勘测设计研究院,新疆乌鲁木齐 83000
【正文语种】中文
【中图分类】TV135.23
1 前言
新疆位于我国西部边陲，由于特殊的地理条件，多数水利工程的主要特点是：流量大，水头高，河谷狭窄，下泄水流流速大、水流集中。

据统计，多数的泄洪消能工程都采用挑流消能，挑流水舌相互穿射，横向扩散、纵向分层，产生的泄洪雾化引起的降雨强度远远超过自然降雨，对水利枢纽的正常运行、交通安全以及岸坡稳定均可造成较大危害，应对其危害加以重视并采取相应工程措施防护[1-4]。

2 工程概况
HK水利枢纽工程位于天山东部与西昆仑山交汇地带的低中山区，山体海拔高程1 500―2 600m，是拦控该河流径流的主要枢纽工程。

电站装机50MW，多年平均
发电量为2.0亿kW·h，具有以防洪、灌溉等综合效益。

开敞式溢洪道设计泄量2782m3/s，校核流量3501m3/s，具有泄洪流量大、单宽流量大等特点。

3 挑流雾化的分区
挑流雾化分区示于图1，A点是水舌的最高点，B、C点分别是与内挑距和外挑距
相应的水舌入水点。

D、E点分别是上游溅水区和下游溅水区的边界点。

F点是雾
流降雨区的下边界点。

整个雾流区可分为两大区：强暴雨区和雾流扩散区。

强暴雨区又可分为两个子区：雾流降雨区和雾化区。

图1 挑流雾化分区图
4 暴雨区的纵向范围
水舌出挑坎后呈抛射运动，在空中逐渐分裂、扩散，水舌表层形成水气混合流，这部分含大量水滴的雾流，在水舌下坠时，水滴碰撞、合并，在重力作用下汇集降落，再加上水舌入水区AB向上游溅水（AB为上游溅水区），形成暴雨区。

所以暴雨
区的纵向长度为水舌最高点A至外挑距入水点C之间的纵向距离。

若挑坎挑角为θ，出坎流速为v0，那么水舌最高点至挑坎的距离为
于是可得暴雨区的纵向长度为l暴为
lC为外挑距，可用实验测定值。

水舌入水时和水面水质点相互碰撞引起溅水。

激溅水质点的运动可看成是弹性刚体在水舌风作用下作斜向抛体运动。

由于斜抛射角和平面方位角都不是定值，因而溅水区的范围是一块平面区域。

整个水舌入水区都是溅水源。

外挑距入水点C处的
溅水也形成一个区域，即向上游抛射，也向下游激溅。

向上游抛射的水质点进入了暴雨区域，向下游激溅的水质点形成了图1中的下游溅水区。

内挑距入水点B处的激溅水质点也形成一个区域，向下游抛投的水质点都在暴雨区，向上游激溅的水质点形成了图1中的上游溅水区，一般而言，上游溅水区也都在暴雨区。

按照上面的考虑方法，可以构造溅水区和暴雨区的平面概化图形，示于图2。

图2 溅水区及强暴雨去平面概化图
参考文献的经验方法，确定图2中的有关参数：
取下游溅水区的纵向长度LEC为
所以强暴雨区的纵向长度L强为
强暴雨的最大横向宽度ymax可用下式估计
式（5）中的系数 K 与ω0分别用式（6）、（7）确定
式中的α°是水舌中线与下游水面的交角，可用式（8）计算
图2中的ω和BF的长度LBC由下两式计算
曲线上的距离可按角度内插确定，如
利用上面这些简单的经验关系式，可以近似确定溅水区及强暴雨区的平面范围。

最大溅水高度hmax可用下式估计
5 表孔溢洪道雾化范围估算
本文以凤滩水电站溢流坝雾化原观结果及漫湾水电站中孔泄洪雾化原型观测为研究基础，对表孔溢洪道雾化范围进行估算。

表孔溢洪道闸门开度为7.6m时的坎上流速v0约为29.33m/s，挑角θ=32.12°，内外挑距分别为85.2m和106.48m。

以上的估算结果列于表1。

表1 溢洪道挑流雾流特征值表最大高度(m) 雾流降雨范围（估计值）纵向长(m) 纵向(m) 横向(m)表孔溢洪道设计水位 137.54 104.68 14.89 275.08 209.36校核水位 154.73 120.74 21.94 309.46 241.48工况强暴雨区范围（估计值）横向宽(m) 6 结论
1）根据经验公式估算了表孔溢洪道的强暴雨区和雾流降雨区的范围。

2）表孔溢洪道设计水位泄洪时的强暴雨区纵向长为137.54m，横向宽为
104.67m；雾流降雨区的纵向长为275.08m，横向宽为209.36m。

校核水位泄洪时的强暴雨区纵向长为154.73m，横向宽为120.74m；雾流降雨区的纵向长为309.46m，横向宽为241.48m。

3）根据表孔溢洪道泄洪雾化的研究，初步估算了泄洪时的物流降雨区，为工程的规划设计提供了参考依据。

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参考文献：
【相关文献】
[1]宋学礼．浅析白山泄洪雾化的几个问题[J]．东北水利水电，1997，（1）：40-42.
[2]张华，练继建．水电站底流消能雾化的研究[J]．水利水电技术，2001，32（12）：67-72．
[3]李瓒．龙羊峡水电站挑流水雾诱发滑坡问题 [J]．大坝与安全，2001，（3）：17-20，29．
[4]苏建明，李浩然．二滩水电站泄洪雾化对下游边坡的影响[J]．水文地质工程地质，2002，（2）：22-24．。