雙戧堤截流時(shí)下戧堤的作用分析

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1、雙戧堤截流時(shí)下戧堤的作用分析范錫峨(武漢大學(xué)水利水電學(xué)院,湖北武漢430072)摘要:立堵截流計(jì)算的核心內(nèi)容是龍口流速的求取,因?yàn)辇埧诹魉俚拇笮≈苯佑绊懙浇亓鲿r(shí)所選擇拋投料粒徑的大小,可以說(shuō)是衡量截流難度的一個(gè)重要指標(biāo)。本文在分析單戧堤立堵截流龍口流速變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,著重研究了在雙戧堤立堵截流中,當(dāng)上戧堤最困難的時(shí)候,也就是流速最大的時(shí)候,下戧堤是否能夠壅水,從而降低上戧堤的截流難度這個(gè)問(wèn)題,論證了雙戧堤立堵截流水力控制條件的正確性,為雙戧堤立堵截流的順利施工提供判斷依據(jù)。關(guān)鍵詞:雙戧堤立堵法截流;龍口;流速;水力計(jì)算中圖法分類號(hào):TV551121文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):

2、1003-9805(2004)02-0021-042單戧堤立堵截流時(shí)龍口流速的變化1前言規(guī)律截流是水利水電工程建設(shè)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)之一,它的成敗直接影響工程建設(shè)的工期與費(fèi)用,對(duì)某些重大工程還具有重大的政治意義,因此分析立堵截流過(guò)程中龍口流速的變化規(guī)律對(duì)于更好地指導(dǎo)實(shí)際截流施工很有必要。當(dāng)今,截流的基本方式為立堵截流,立堵截流又分為單戧堤立堵截流、雙戧堤立堵截流與寬戧堤立堵截流。隨著我國(guó)一大批大型水電工程的開(kāi)工,這些工程大都具有流量大、截流落差大的特點(diǎn),可采用雙戧堤立堵截流方式,讓下戧堤在截流過(guò)程中分擔(dān)一部分落差,從而降低截流難度。但是從雙戧堤立堵截流的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),很多雙戧堤截流

3、并沒(méi)有起到降低截流難度的目的,也就是并沒(méi)有比單戧堤截流具有更大的優(yōu)越性。為此,本文對(duì)雙戧堤立堵截流時(shí),當(dāng)上戧堤龍口達(dá)到最大流速的時(shí)候,下戧堤能否壅水降低截流難度或者說(shuō)下戧堤至少需進(jìn)占到什么程度,才能夠壅水,使上戧堤龍口形成淹沒(méi)流,降低截流難度進(jìn)行了研究分析,進(jìn)行水力計(jì)算,同時(shí)也驗(yàn)證了雙戧堤立堵截流控制條件的正確性。研究分析單戧堤立堵截流時(shí)龍口流速的變化規(guī)律,對(duì)于解決雙戧堤截流過(guò)程中,雙戧堤截流是否比單戧堤立堵截流具有更大的優(yōu)越性有很大的幫助。在立堵截流中,龍口處水流流態(tài)可分為淹沒(méi)流和非淹沒(méi)流,龍口流速可分別表達(dá)為[1]:淹沒(méi)流時(shí)v=φ2gZ(1)式中v———龍口處流速;Z—

4、——龍口上下游水位落差;φ———流速系數(shù),取018～019。非淹沒(méi)流時(shí)3v=gq(龍口形成三角形斷面前)(2)=(g2Qn/4mˉ)012(龍口形成三角形斷面后)(3)v———龍口處流速;g———重力加速度;q———龍口單寬流量;Qn———龍口流量;mˉ———戧堤端部平均邊坡。在截流過(guò)程中,隨著戧堤的不斷進(jìn)占,截流落差v式中Z總是不斷增大的。由于淹沒(méi)流時(shí)流速系數(shù)φ多取為0185,可似為常數(shù),那么流速v為Z的增函數(shù)。這就說(shuō)明:當(dāng)龍口處水流呈淹沒(méi)流的時(shí)候,無(wú)論龍口斷面型式是三角形還是剛開(kāi)始的梯形,流速都是隨著落差的增大而不斷變大的。而式(2),根據(jù)堰流公式可改寫為:1/32g1

5、15m(hp+Z)115v=(2)值區(qū)間,通過(guò)水力計(jì)算得到龍口流速最大區(qū)間的龍口流量、分流量、龍口寬度、上游水位、龍口處水深等一系列水力參數(shù),將此時(shí)龍口斷面進(jìn)行概化,計(jì)算出龍口軸線斷面處的臨界水深,此時(shí)龍口水流流態(tài)應(yīng)該為急流,截流達(dá)到最困難時(shí)刻。(2)然后保持上戧堤穩(wěn)定,即維持上戧堤的上游水位為定值,而每一個(gè)上游水位對(duì)應(yīng)一個(gè)分流量,那么在忽略上、下戧堤滲流量以及上游河槽蓄水量的前提下,通過(guò)上戧堤龍口處的水流將全部通過(guò)下戧堤龍口,此時(shí)下戧堤開(kāi)始進(jìn)占,下戧堤的上游水位(上戧堤的下游水位)逐漸壅高,計(jì)算出在下戧堤龍口流速達(dá)到最大的時(shí)候,下戧堤龍口處的水深、臨界水深以及下戧堤的上游

6、水位。(3)判斷下戧堤上游水位所處斷面此時(shí)的流態(tài)是急流還是緩流。因?yàn)槿舸藬嗝媪鲬B(tài)是急流,則說(shuō)明上、下戧堤之間的水流屬于急流。急流的水波是不能向上游傳遞的,也就是說(shuō)此時(shí)的雙戧堤截流不可能改善上戧堤龍口處的水力條件,不會(huì)降低上戧堤的截流難度。此時(shí)只有讓下戧堤繼續(xù)進(jìn)占,使下戧堤的上游水位進(jìn)一步壅高到某一特征值,使此斷面流態(tài)成為緩流且能夠使上戧堤軸線處水流形成淹沒(méi)流,這樣才可以降低截流難度。(4)若下戧堤上游水位所處斷面的水流流態(tài)為緩流,則表明下戧堤有可能壅水成功。因?yàn)榫徚鞯乃ㄊ强梢韵蛏嫌蝹鬟f的,但也只有當(dāng)下戧堤的上游水位壅高到某一特征值的時(shí)候,使上戧堤軸線處水流成為淹沒(méi)流,才能

7、顯著改善上戧堤龍口水力條件,降低截流難度。(5)最后得出結(jié)論,雙戧堤立堵截流是否比單戧堤截流更具有優(yōu)越性或者計(jì)算出下戧堤至少需要進(jìn)占多少米,才能使下戧堤的上游水位達(dá)到某一特征值,使上戧堤龍口軸線處水流形成淹沒(méi)流,降低上戧堤截流難度[2]。Z———龍口上下游水位落差。從式(2)中可以看出,當(dāng)流量系數(shù)m為常數(shù)或者變化不大的時(shí)候,v為Z的增函數(shù)。從式(1)和式(2)中可以看出,龍口斷面在三角形形成之前,無(wú)論龍口流態(tài)是淹沒(méi)流還是非淹沒(méi)流,其流速都是在戧堤的不斷進(jìn)占中,隨著Z的增大而增大的。從式(3)中可以看出,當(dāng)戧堤端部平