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《淺談水庫溢洪道消能設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、淺談水庫溢洪道消能設計深圳市水務規(guī)劃設計院摘要：木文對于水庫溢洪道消能工的各種型式選擇原則及方法進行闡述，并結(jié)合工程實際對溢洪道消能設計和消能率復核的方法進行說明。關(guān)鍵詞：水庫；溢洪道；消能設計.、八_亠?刖S溢洪道的建設是為保證水庫大壩的安全，宣泄超過規(guī)劃庫容的洪水，防止洪水溢壩，必須設置溢洪道。溢洪道下泄水流能量巨大，若不經(jīng)妥善處理，必會導致下游河床受到嚴重沖刷，甚至可能引起岸坡坍塌、大壩失事的災難性后果,所以又必須設置消能設施。溢洪道消能設計主要基于能量轉(zhuǎn)換原理，通過造成水流內(nèi)部紊動漩滾、水股之間擴散碰撞、水流與固休邊界摩擦撞擊、水流
2、與周圍空氣摩擦摻混等途徑，消耗水流動能，減輕對下游河床的沖擊和破壞?！兑绾榈涝O計規(guī)范》(DL/T5166-2002)在其條文說明5.5.1條中列出了4種消能型式,即底流消能、挑流消能、面流消能和廊流消能。目前，水庫溢洪道使用比較多的是挑流消能和底流消能，據(jù)統(tǒng)計兩種型式比例分別達到85%和15%o隨著水利水電工程實踐的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了一些新的消能型式，例如引入T型墩、寬尾墩、臺階式消能、多種消能型式復合等。水利工程與當?shù)刈匀坏乩?、氣候條件、水文地質(zhì)等關(guān)系很大，因勢利導、因地制宜的特點非常突出，反映在溢洪道消能設計方面也是百花齊放、各具特色，
3、因此如何選擇溢洪道消能型式、怎樣進行消能防沖設計是一個常講常新的話題，木文就此進行了分析和探討。一、溢洪道消能型式選擇(-)消能型式選擇原則消能型式應滿足技術(shù)經(jīng)濟原則。從技術(shù)上講，應選擇先進、可靠、安全、消能率高的型式，例如屛流消能雖具有消能效果好、體積小、工程量少、施工方便等優(yōu)點，但國內(nèi)幾乎沒有溢洪道屛流消能案例[1],理論研究和工程實踐都不成熟，所以不應成為首選。從經(jīng)濟角度考慮，工程量要小、造價適中。溢洪道是特定條件下使用的泄水建筑物，一般不會使用很頻繁，因此在保證安全可靠的前提下，沒有必要設計的過于復雜，為了提高經(jīng)濟效益，應選擇簡潔、
4、高效的型式，這樣有利于控制成本。（二）消能工型式選擇方法4種主要消能型式的優(yōu)缺點、適用范圍如表1所示。表1溢洪道消能工適用表在考慮消能工型式時，主要從地形條件、地質(zhì)條件、泄流條件以及運行方式、下游水深、河床抗沖能力、下游水流銜接、泄流霧化影響等方面綜合考慮。由表1可見，面流消能和廊流消能適用于下游水深較大的場合，而挑流消能和底流消能對這方面的要求不高，所以通過水利計算得到的消能所需的下游水深■單寬流量的消能率定曲線，與根據(jù)下游水位流量關(guān)系繪制的下游水深?單寬流量的尾水率定曲線進行比較，可以判斷選擇哪一類消能型式更適合。由于河道較寬，任何流量
5、條件下溢洪道滿足消能所需的下游水深始終人于尾水深度。由于尾水深度不足，顯然不適合采用面流消能和屛流消能型式，所以應在挑流消能和底流消能之間進行選擇。再結(jié)合地質(zhì)情況，因為地表依次為耕作土層、粉土層、強風化巖層和中風化巖層，總厚度達8?15m,抗沖條件較差。再加上水頭較小，其下泄校核標準流量的挑距為31m,沖刷坑深度達11.8m,存在嚴重安全隱患，所以選擇挑流消能型式也不適合，只有選用底流消能型式了。二、溢洪道消能防沖設計（-）消能結(jié)構(gòu)設計仍以前述水庫溢洪道為例。底流消能設計保證池內(nèi)形成穩(wěn)定的水躍是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。根據(jù)尾水深度與水躍躍后水深的關(guān)
6、系，下泄水流可能岀現(xiàn)遠驅(qū)、臨界和淹沒水躍三種銜接流態(tài)。臨界水躍消能效果最高，但狀態(tài)不穩(wěn)定，可能會產(chǎn)生遠驅(qū)水躍，所以要設計成一定淹沒度形態(tài)的水躍。當淹沒度取σ=1.05?1.10吋，流態(tài)穩(wěn)定，消能效率也較高［2］。為了避免遠驅(qū)水躍，又不希望增加護坦長度，可在護坦末端設置消力坎，也可通過降低護坦高程來形成坎前消力池,還可以將兩種措施結(jié)合起來形成綜合消力池。消力池橫斷面一般采用矩形，而且大多情況下采用等寬矩形斷面。為了適應尾水位的變化，護坦前段可設計成斜坡形式。也可采用多級消力池形式，能較好適應下游河床與消力池之間的高度差。當躍前斷面
7、平均流速不超過15m/s時，可通過設置輔助消能工增強消能效果，并縮短池長。如設置趾墩、消力墩和尾坎。但躍前流速大于15m/s吋，輔助消能工容易受到空蝕破壞，所以不適宜再采用這種型式。護坦是為了保護河床不受高速水流的沖刷破壞，所以護坦長度應能涵蓋水躍躍尾，其厚度必須滿足穩(wěn)定要求,保證不會上浮。為了提高穩(wěn)定性，可設置錨筋并插入基巖1.5?3m。護坦厚度既可等厚，也可以上游厚一些，下游薄一些。為了防止護坦混凝土開裂，應設置溫度伸縮縫。為了減輕護坦底部揚壓力，可設置排水系統(tǒng)。水流速度較高吋，護坦應采用抗蝕混凝土澆灌。（二）消力池消能率復核前述水庫的
8、設計洪水標準為30年一遇，其校核洪水標準是300年--遇。由于溢洪道為4級，也就是設計與校核洪水標準與水庫人壩一致，這個標準對溢洪道來說有些偏高，會造成一定浪費，所以將消能防沖設
