水利枢纽水闸消能工设计措施

溢流堰使 用开敞式 的平底宽顶堰 ，堰顶 的高度为 １ ． ６ ｍ ，和
原 来 的 河 床 基 本保 持 对 齐 ，沿 水 流 方 向的 闸 室 的 长 度为
２ ７ ｍ。闸墩 顶部 的高度为 １ ６ ． ３ ｍ。
二 、水 闸消 能设 计 介 绍 １ ．过 闸水 流 的 基 本 特 征
一
般情况 下 ，过 闸水流 的形态 非常复杂 ，很容 易产 生波
情况对 调度方案进行操作 ，要根据 闸孔 的提升档 次和开启 顺
序对流 量进 行计算 ，此工程 的水闸按照两个 孔同时打 开 ，每 次提升 ０ ． ２ｌ ｍ 进行计算 ， 设计 的消能 工长度为最大 流量 。其 中跃后水深和收 缩水 深的具体 的计算公 式如下 ：
合 式三种形式 ，在选择 消力池 的大小和种 类的时候 ，要保 证
要 求 和抗 冲 的 要 求 对 消 力 池 板 的厚 度 进 行 计 算 ，并 将 其 最 大 值 取 出 ，在 此 消 力 池 底 板 分 别 设 有 反 滤 料 和 排 水 孔 ，在 计 算
计 算 闸 孔 出 流 的公 式为 ：
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２ ．使 用 的 闸 门控 制 的 方 法
１ ． 确 定 消 能 功 的 方 法
在设计底流 消能的时候 ，主要 需要设计护坦 、消力池、
护 岸 、 海 漫 、 防 冲槽 。其 中护 坦 主 要 是 用 来 对 水 跃 范 围 中 的
在 设计消能工 的深度 的时候 ，设计流量 不是 过闸最大流 量 ，是 最大值对应 的流量 。通 常情况下把 闸下无水和 闸上高 水位作 为计算消能 的最初状态 ，使用规定 的计 算方法对从水
第１ ４卷 第 ３期
２０１ ４钲
中 国
水
运
ＶｏＩ ．１ ４ Ｍａｒ ｃｈ
Ｎｏ ．３
３ 月
Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｗａ ｒｅｒ Ｔｒ ａ ｎｓｐ ｏｒ ｔ
２ Ｏ１ ４
水利枢纽水 闸消能工设 计措 施
康
摘
慷 ，袁 海 霞，吴
俊
（ 扬 州 市 勘 测 设 计 研 究 院 有 限公 司 ，江 苏 扬 州 ２ ２ ５ ０ ０ ７）
情 况 存在 ，对 于 这 种 情 况 可 以将 下 游 防冲 槽 设 计 在 海 漫 的 末
因为此水利枢纽工程东部 的天然河床 要高出西部的天然 河床 ，在 闸底板高度一致 的情况下 ，西部支 流的水位 偏低 ，
所 以在 设 计 效 能 的 时候 ， 要把 西部 支 流 水位 的 流 量 关 系 曲 线
一
般情况下 ，对 于地基条件不 好 ，下游水位 的变化幅度
达 ，水头 比较低 的地方使 用底 流消能的方法进行 消能 。要根 据上游的最高水位和下游最低水位进行 设计。
３ ． 设 计 底 流 消 能 的 方 法
图 １ 水 闸 消 能 防 冲 典 型 布 置 图 三 、 案 例 工 程 消 能 功 的 设 计 措 施
表 １ 拦 河 闸 消 能计 算 成 果
孔 口 高 度 ａ（ ｍ） ０ ４ ５ ０ ８ ５ １ ２ ５ １ ６ ５ ２ ０ ５ ２ ４ ５ ２ ８ ５ ３ ２ ５ ３ ６ ５
中 ，将 消力池 的深度 增加 了 １ １ ６ ｍ ，池 的长度始 终保持在 ２ ， ３１ ６ ｍ，对其进行整改 后 ，对消力池 的流态 进行 了改善 ， 降低 和减轻 了消力池 中内折水流 的不利流态 ，减 轻了水流对 河床造成 的冲刷 。在设计水利枢纽水 闸消能 的过程 中 ，有很 多因素会对设计造成影响 ，此工程在投入运行 后，要注意观 察下游河床水位 的变化 ，在下游河道 的水位 出现 比较大的下 降幅度时 ，可 以参考断面模型设计的结果 ，以 ０ ． ２ ｍ 对 西部 支流和东 部支 流拦河 闸闸门开度进行分档 ， 开启一级开度 后， 要等到水位趋于平稳 以后 ，再逐个开启 。
端 ，并根据海漫末端 的冲刷深度决定 出下游防冲槽的深度。
四 、 结论
本工程拦 河闸坝消能设计经过相 关的水利 水电研究部门 进行 泄洪闸断面模型试验得 出，布置符合规定 的要 求 ，泄洪
闸 的 下 游 、 上 游 的 衔 接 过 度 区域 都 比较 平 顺 ，在 试 验 的 过 程
图作为基本 的计算依据 ，要按照分档开启 、闸孔同步 的基 本 原则开启 闸门，按照 １ ／ １ Ｏ上游水头设计分档高度 ，每挡的 高度为 ０ ． ４ ５ ｍ ，在流量不高的时候 ，将 ２ ／ ３的闸孔都开启 ， 水 闸使 用底流 消能 的方法进 行 消能 ，水 跃处 流速 系数使 用 ０ ． ９１ ，泄流的系数设计为 １ ． １ ，计算 的结果如表 １所示。
参 考 文 献
孔 口宽度 ｂ（ ｍ） 消 力池单 宽流 量
下 游水 深 ｍ
消 力 池底 跃 后 水 深 ｍ Ｈ 一 Ｈ
１ ５ ５
１ ５ ５
１ ５ ５
１ ５ ５
１ ５ ５
１ ５ ５
１ ５ ５
１ ５ ５
１ ５ ５
４ ８ ３ ９ ５ ３ １ ３ ８ ８ １ ７ ９ ５ ２ ０ ９ ９ ２ ４ ７ ４ ２ ６ ４ ２ ２ ８ ８ ５ ３ １ ８ ４
态 接 近 ，从 而 防 止 河 床 受 到 不 必 要 的 冲 刷 。海 漫 的结 构 要 有
一
定 的柔性 ，可 以适应地基 的不均匀沉陷 ，要可 以对扬压力
进 行 降 低 ，对 渗 水 进 行 顺 利 的 排 放 ，为 了提 高 海 漫 和 流 水 的
的拦河 闸，一共 有 ６个孔 ，每个 闸墩 的厚度为 ２ ． １ ｍ，每个
某水利枢 纽工程主要 由四座大型水 闸、三个 电力抽水站 、
三个船 闸、两个鱼道 、两个涵洞见构成 ，地 震的设 防强 度为 八 级 。其 中拦 河 闸设 计 ２ ０ ０ 年 一 遇 的 校 核 洪 水 量 为 １ ８ ， １ ５ ０ ｍ。 ／ ｓ ， 拦 河 闸设 计 的 ５ ０ 年 一 遇 的 洪 水 流 量 为 １ ３ ， ５ ０ ０ ｍ。 ／ ｓ 。拦河 闸坝的高度 为 １ ７ ． ８ ｍ ，闸前正常 的蓄水
此枢纽工程属于河道型水库 ，要根据上游水流量 的大小
来 确 定 出拦 河 水 闸使 用 的 调度 方法 ，一 般情 况 下 ，闸 门运 用 控制方法为 ：（ １ ） 当 上游 的水 流 量 在 ４ ， ２ ５ ０ ｍ。 ／ ｓ 时 ，上 游
和下游 的水位差要控制在 两米 以下 ，要 中止 发电 ，将 所有的
孔 的宽 度 为 ８ ． ２ ｍ ，边 墩 为 １ ． ６ ｍ ，缝 墩 为 ２ ． ６ ｍ ，泄 洪 闸 的
摩擦力 ，海 漫的表面要尽量粗糙 ，从而更好的对流速 的分布
进行调整 ，对余 能进行消 除。防冲槽主要用来对水流 的余能
进行消 除，避免河床被淘刷 ，确保水闸闸室的安全 。一般情 况下 ，防冲槽主 要设计在海漫 的末 端 ，从而对河床可能遇到 的不利冲刷进行 保护 。要根据可能 冲刷 的深度确定 出防冲槽 的大小 ，槽 中石 块的体积要稍大于 继续冲刷后产生 的护坡石 头的方量 。另外 ，为 了提升消能 的效果 ，促 进水跃 的形成 ，
算 ，并 制定 出对应 的设计 流量 。对于多孔 闸，要根据 闸门的
会 出现下移和掀 起的情况 ，在受到脉 动压力和扬压力 的合成
作 用下 ，不会 出现浮 起的情况 。消力池 主要是用来创造 出淹 没水 跃形成 的基本条件 ，实际上消力池 是消刹能量 ，形成 水 跃的地方 。常见 的消力池结构主要有 综合式、消力坎 式、综
要 ：通常情况下在水利枢 纽水闸消能工设计 时，利 用底流式消能的方法进行水 闸消能 设计 ，由于低 水头水工建
筑物 的消能工 的消能效果不好 ，弗劳德 数不高 ，在消能工 的效率 不高的情况下 ，下游 的水 流会 出现剧烈 的紊动 ，在 泄洪期间经常会 出现对下游河床 冲刷 的情况 ，存在 非常 大的安全隐患 。基于此本文通过 实际案例对 水利枢纽水闸消
的过 程中不需要对底板 的抗浮作用进行考虑 ，板 的厚度要根 据抗 冲计算得 出 ，消力池底板 的计算系数使用 ０ ． ２，从 上表 可以看 出 ，当西部 电站不进行发 电的时候 ，水头差在 ２米以
下 的 时候 ，拦 河 闸 的下 泄 流 量 为 ３ ， １ ８ ４ ｍ０ ／ ｓ 时 ，消 力 池 的
能 工 的设 计 措 施 进 行 探 讨 。
关键 词：水利枢纽 ；水 闸消能工 ；设计措施
中图分类号：Ｔ Ｖ ６ ５ ３ 工 程 案 例 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ６ — ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ４ ）０ ３ — ０ ２ ２ １ — ０ ２
一
、
其可 以满足 底流水 跃消能 的基本要求 。 护岸一般设计在边墙 ，
位为 １ ０ ． ６ ｍ， 在 河 流 的 西 部 支 流 和 东 部 支 流 分 别 布 置 了 ３孔
对消力 池的两侧进行保 护 ，以此来保护两岸 的安全 。海 漫主
要 用来对 池水流 的余能 ，对 流速的分布进行调整 ，将池 水流 均匀 的扩散 出来 ，使得天 然河道的水流的状态和池水 流的状
闸通 过 的 最 小 流 量 和 做 大 流 量 范 围 中各 个 级 别 的 流量 进 行 计
河床 进行保护 ，使其 避免受到河水 的冲洗 。护坦是 消力池的 底板 ，位于 消力 池的底部 ，确保 消力池底部 的河床 不会受到 冲刷 ，一般情 况下使用 １ ０ ０ ＃ － ｌ ５ ０ ＃ 的混凝土作为施工材料 。 在 护坦工作 的过程 中 ，要保证其在受 到水流冲击 的情 况下不
的 闸 门 ， 闸前 水 位 保 持 在 １ ０． ６ ｍ。
３ ．计 算 消 力池 的 方 法
在 对 海曼 的 长 度 进 行 计 算 的 时候 要 考 虑 上 游 和 下 游 的 水
位差、海曼单宽 的流量、海漫表面此粗糙程度 、河 床的地质 条件 等方面的 因素 ，当下泄 的水流从海曼经过 以后 ，河 床的 流速分布会逐渐转 向正常 ，不过在海曼 的末端仍然 有冲刷的
可以在消力池中增加辅助消能工， 比较常尉的辅助消能功有：
趾墩、尾坎 、消力梁、消力墩等 。水闸消能防冲布置 图如 图
１所示 。
状水跃和折 冲水流 ，考虑 到以上情况在设计 水闸的时候 ，要 保证水跃 出现在 闸下 的范 围中 ，为 了防止对 下游 河床造成严
重 的 冲 刷 ，要 尽 可 能 的利 用表 面 的水 滚 进 行 消 能 。 ２ ．确 定 消 能 防 冲 设 计 的 条 件
拦 河 水 闸 闸 门开 启 ，对 天 然 河 道 的 行 洪条 件 进 行 恢 复 。 （ ２ ）
底板 厚度 为 １ １ ２ ｍ ，消力池 的最高长度为 ２ ３ ， １ ０ ７ ｍ。
４ ． 计 算 防 冲 槽 和 海 漫
当水流量在 ４ ， ２ ５ ０ ｍ。 ／ ｓ以下 ，在 ８ ５ ３ ． ９ ｍ。 ／ ｓ以上 的时候 ， 要 开启 部 分 闸 门 ，调 节下 泄 流量 使 闸前 ，水 位 要 保 持 在 １ ０ ． ６ ｍ 。（ ３ ）当水流量在 ８ ５ ３ ． ９ ｍ０ ／ ｓ以下时 ，要关 闭全闸
收 稿 日期 ： ２ ０１ ３ — ０ ９ 一 ： ２ ０
作者简介：康
慷 ，扬州市勘测设计研究 院有 限公 司 。
２ ２ ２
中 国 水 运
第 １ ４卷
２
（ √ 、 『 １ ＋ ｇ ｈ ３ ＿ １ ） ｈ ｅ ＝ ￡
淹没 水跃 ，在 把消力池 的底板降低一米后对各种情况进行 重 新计 算 ，在 消力池中均出现了淹没水跃 的情况 。根据抗浮 的
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