鼻坎挑流消能工的新发展述评

:挑流消能在国内外泄水建筑中得到广泛应用，近年来，我国在高坝建设中，结合特有的高山，峡谷，大流量，高水头复杂的自然条件，对泄洪消能作了新的布置，挑流鼻坎体型的运用，研究和发展，已由简单单弧实体或差动式，对撞式趋向多样化，按其减轻冲刷的作用可作归纳为“纵向拉开，左右扩散，错开落点，导向防冲”。提出了宽尾墩、大差动挑坎、窄缝挑坎，各种扩散扭曲斜挑坎等新体型，并已在实践中获得较好的消能效果。

文章主题:挑流消能消能效果防冲设施挑能式消能工

文章内容：1997年9月水电工程研究第3期鼻坎挑流消能工的新发展述评袁玲玲肖兴斌(武汉长江科学院)【文摘挑流捎能在国内外泄水建筑物中得到了广泛应用,近年来,我国在高坝建设中.结合特有的高山,峡各,太流量,高水头复杂的自然条件,对泄洪捎能作出了新的布置,挑流鼻坎体型的运用,研究和发展,已由简单单弧实体或差动式,对撞式趋向多样化,按其减轻冲尉的作用可归纳为"纵向拉开,左右扩散.错开落点,导向防冲.提出了宽尾墩,太差动挑坎,窄缝挑坎,各种扩散扭曲斜挑坎等新体型,并已在实践中获得较好的消能效果.关键词】苎娑高山峡谷孰向拉开宽尾墩窄缝挑坎.皇!叶,泛电前言式诵陌工,1949年以前,我国仅有100以上高坝一座(即水丰水电站,坝高106).50和6年代完建的高坝有3座.而70--80年代共完建15座(其中坝高最高的龙羊峡水电站.坝高178).可见近20年内,我国高坝建设发展迅速.目前在建的二滩双曲拱坝.坝高240.在我国建坝史上首次突破了200大关,标志着我国高坝建设已跨人_个新的历史阶段.这些高坝的特点是:水头高,流量大,位于高山峡谷.给泄洪消能问题带来了困难.近年来.我国采用了在不同的高程上重叠布置和平面上沿河床纵向拉开的办法(如乌江渡,龙羊峡都是枢纽布置优化的典型,井已经实践取得了良好的效果).在消能防冲方面.特别是在挑流新型消能工的研究与应用方面.取得了显着的进展.鼻坎挑流消能采用了各种异形鼻坎及掺气分流墩,宽尾墩,太差动,扭曲贴角的窄缝挑坎,分流齿与差动挑坎的联合消能工等,已在工程上应用.取得了较好的成效.2高坝挑流对岩基冲刷问题的研究在挑流对岩基冲刷问题的研究方面,国内外学者做了大量工作.如1936年意大利的.根据晟大冲刷概念提出了计算冲刷深度经验公式≤1.9'.以后葡萄牙,前苏联,英国也相继提出了一些经验公式;我国陈椿庭1963年从能量损失观点出发.推导出计算冲刷深度经验公式=0～.该公式在我国得到广泛应用,对公式冲刷综合系数值,许多科技工作者根据岩石节理情况,结合

工程实际应用中的冲刷资料分类提出各种岩石的值.初步归纳:坚硬完整的岩石=0.9～1.2,坚硬但完整性差的岩石=1.2～1.5,软弱破碎裂隙发育的岩石=1.5～2.0,有一定参考价值.在, 1'.一●]1水电工程研究1997薤岩基冲刷模拟技术方面也做了大量的试验研究,如前苏联根据岩石节理块模拟冲刷材料,我国各科研单位采用的岩石抗冲流速(或允许流速)换算散粒体模拟法,放大岩蛱法,节理块法,粘性材辩与节理块(或散粒体)相胶结等方法.但在与原型冲刷相验证后,有的模型与原型相接近,如丹江口枢纽深孔下游局部冲刷,在相同水力条件下,模型冲深30,原型冲深为31;有的则二者相差较大,如赞比亚与津巴布韦交界处修建的卡里巴()双曲拱坝,坝高120,采用6个9×9的中孔挑流泄洪,流量9500/,原由法国苏哥赫西学院做模型试验,预测冲深26,1960年建成,但到1979年已冲深85,引起水利界震惊.造成二者差别大的原因虽还没有弄清楚,但多数学者仍认为岩石的节理裂隙,断层破碎存在差异,冲刷坑是由于动水压力脉动使岩石松动,瓦解而形成的,过去应用抗冲流速概念做模拟试验,对压力脉动并不相似,也没有反映岩基破坏机理等复杂破坏过程,这个问题应成为今后研究的新课题3鼻坎挑流消能的应用现况据不完全统计,我国53个大中型重力坝河床式泄洪工程,有28个采用挑流,占大多数33个岸边泄槽溢洪道,有22个采用挑流,亦占大多数.我国5座大型重力拱坝(乌江渡,龙羊峡,白山,风滩,陈村)全用挑流.法国艾格耳夏斯坦,日尼萨特,蒙德纳尔德等河床重力拱坝采用电厂两侧对称滑雪道挑坎,既错开电厂进水口与滑雪道进水口位置,又有水舌对撞消能作用.国内外河床双曲拱坝堰顶溢流和滑雪道,以及坝身孔口泄洪,全用挑流或跌流坎(如卡勃罗巴沙,钦古等),对双曲拱坝而言,其坝肩及坝下两岸护坡处理非常重要.为此,拱坝不作全线泄洪,仅在中央(如皮科特)或两侧设对称滑雪道出挑坎(葡萄牙纳巴同,维拉)使水舌导向河心,不直接冲击岸坡此外,为减小因水舌摆动而引起的泄水建筑物的振动,常延长闸墩至坎末或设坎下通气孔,亦可增大挑距.至于泄洪洞,除少数(如塔贝拉,我国柘林)外,绝大多数采用挑流坎,坎型则有收缩式(如卡勃利尔),扩散式及各种异形挑坎.挑流消能的泄洪量也越来越大,如凤滩最大泄量为24300/,单宽流量为134/?;潘家口最大泄量为3840 03/,单宽流量为1463/?;乌江渡最大泄量为56663/,单宽流量为2003/?11;丹江摄大泄量为4 9587/,最大单宽流量为2533?.由于窄缝式溢洪道的应,溢洪道出口的单宽流量更达到惊人

的程度.如西班牙的阿尔曼德拉拱坝挑坎单宽流量为6203/?,阿尔特达维拉窄缝式溢洪道的

出单宽流量为8333/?挑流消能虽然得到广泛的应用,但由于水舌在空中抛射所消耗的能量一般不超过10%～20%.大部分能量在,并河床消刹,因此带来一系列不利因素:坝下冲刷较严重,如处理不当有可能危及太坝安全;冲刷坑下游堆积物较多,可能引起下游河床变形和抬高电站尾水,影响出力或通航:泄洪时下游流速较大,波浪汹涌,往往产生回流或波浪,淘刷岸坡或电站导堤:此外,水舌人射区射流雾化较大,如处理不妥可能影响输电和生活条件.第3期袁玲玲等鼻坎挑流消能工的新发展述评因此,对大中型挑流工程必须进行水工模型试验,验证其布局及选择的合理性以妥善解决上述问题.4挑流鼻坎体型的新发展与应用4.1窄缝式消能工国外研究已有30多年的历史,最早采用消能工是1955年葡萄牙的卡勃利尔枢纽的泄洪洞出口,该洞直径为5.6,最大流速为35/.70年代,西班牙的阿尔曼德拉拱坝左岸的岸边溢洪道挑坎上水头为119,溢流坝沿程收缩,在大约90长度内,其宽度由15收缩到5.,在最末端的内,再急剧收缩到2.5,挑坎出121单宽流量约达6203/?,出坎流速在40/以上,能使水舌纵向拉开,左右扩散,减轻冲刷,导向作用为使水流顺河床而不冲刷对岸窄谷山坡该工程于197 6年进行过原型观测,证明效果良