導(dǎo)語：溢洪道設(shè)計(jì)應(yīng)用論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1前言

***水電站位于云南省***上，是***中下游梯級(jí)規(guī)劃二庫八級(jí)電站的第五級(jí)，也是梯級(jí)中的兩大水庫之一，水庫總庫容約237×108m3，電站裝機(jī)容量約5850MW。***水電站左岸為開敞式溢洪道，泄槽水平長850m，設(shè)兩個(gè)底坡：樁號(hào)0+50.810~0+178.000，底坡=0.1332；樁號(hào)0+178.000~0+820.000，底坡=0.23。泄槽總寬151.5m，用隔墻分為左、中、右三槽，左槽寬54.75m，中槽寬45.40m，右槽寬45.40m。溢洪道最大泄量為31673m3/s，相應(yīng)泄洪水頭181.5m，最大流速達(dá)53m/s，泄洪功率巨大，居國內(nèi)同類工程岸邊溢洪道之首。

在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行分別進(jìn)行了溢洪道整體水工模型試驗(yàn)和坎槽式摻氣減蝕措施的斷面模型。

2已有的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

根據(jù)有關(guān)資料，溢洪道中摻氣減蝕設(shè)施以坎槽組合式為較好，挑坎可以把水流挑射出去，對(duì)空腔的形成比較有利，而摻氣槽對(duì)進(jìn)氣有利，摻氣比較充分。

空腔負(fù)壓決定摻氣量的多少，空腔負(fù)壓較小時(shí)，摻氣不充分，摻氣效果不好。但并非空腔負(fù)壓越大越好，空腔負(fù)壓較大時(shí)，會(huì)使摻氣大量溢出，同時(shí)造成邊墻水翅過大，再則，空腔負(fù)壓過大，空腔被壓縮，水舌不穩(wěn)，摻氣量也會(huì)減少。造成空腔負(fù)壓過大的原因，一則是因?yàn)樗髁魉佟⒖哺叩脑?，二則是因?yàn)橥獠粫?。因此，一個(gè)良好的摻氣坎槽要有足夠的空腔長度，一定的空腔負(fù)壓和充分的通氣量。

工程上一般以空腔負(fù)壓-0.53~-1.0m水柱作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

3分析研究成果

3.1空腔負(fù)壓與坎高的一般規(guī)律

結(jié)合***水電站溢洪道的工程布置形式，即兩個(gè)底坡：=0.1332過渡到=0.23，中間用渦曲曲線平滑連接，在研究中分別研究了流速為25m/s、30m/s、35m/s、40m/s、42m/s時(shí)的空腔負(fù)壓的關(guān)系，得出如下規(guī)律：

1）相同坎高，單寬流量小，則空腔負(fù)壓大；

見表1（流速25m/s）中，序號(hào)1與序號(hào)3、序號(hào)4與序號(hào)5；表2（流速30m/s）中序號(hào)3與序號(hào)7；表3（流速35m/s）中序號(hào)1與序號(hào)3、序號(hào)4與序號(hào)6。上述數(shù)據(jù)均很好的反應(yīng)了坎高相同，當(dāng)單款流量小時(shí)，空腔負(fù)壓偏大的規(guī)律性。

2）單寬流量相同或者接近，坎高較大，則空腔負(fù)壓較大。

見表表1（流速25m/s）中，序號(hào)2與序號(hào)4；表2（流速30m/s）中序號(hào)2與序號(hào)3、序號(hào)6與序號(hào)7；表3（流速35m/s）中序號(hào)1與序號(hào)4。從表中數(shù)據(jù)可看到，上述規(guī)律反映的比較好。

當(dāng)然上述規(guī)律為本次研究所顯示的一般規(guī)律，空腔負(fù)壓的大小不單取決于坎高還與來流流速、單寬流量、坎面坡度等因素有關(guān)。表2（流速30m/s）中，由序號(hào)1與7比較，單寬流量相同，坎面坡度較陡，雖然坎低，空腔負(fù)壓則不小。表4（流速為40m/s和流速為42m/s）中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與前面數(shù)據(jù)相比，其坎高已不小，但空腔負(fù)壓不大，是因?yàn)榱髁看蟆⒖裁嫫露染彽木壒?，空腔?fù)壓也在一般設(shè)計(jì)范圍（-0.53~-1.0m水柱）。

3.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料

表1坎高與空腔負(fù)壓的關(guān)系（模擬流速25m/s）

序號(hào)

單寬流量(m3/s.m)

流速

(m/s)

坎高

△（m）

坎面坡度

m

空腔負(fù)壓(m)

空腔

狀況

1

61.75

25

0.99

5.0

-0.67

好

2

91.25

25

1.10

6.67

-0.64

好

3

65.5

25

0.98

6.67

-0.56

好

4

94.5

25

0.59

6.25

-0.42

5

68.75

25

0.54

6.25

-0.56

好

表2坎高與空腔負(fù)壓的關(guān)系（模擬流速30m/s）

序號(hào)

單寬流量(m3/s.m)

流速

(m/s)

坎高

△（m）

坎面坡度

m

空腔負(fù)壓(m)

空腔狀況

1

106.5

30

0.71

5

-0.96

好

2

157.8

30

1.56

6.67

-0.93

好

3

113.1

30

1.41

6.67

-0.80

好

4

118.0

30

0.78

6.25

-0.86

好

5

163.5

30

0.85

6.25

-0.61

好

6

134.0

30

0.68

12.5

-0.92

好

7

106.5

30

1.42

12.5

-0.96

好

表3坎高與空腔負(fù)壓的關(guān)系（模擬流速35m/s）

序號(hào)

單寬流量(m3/s.m)

流速

(m/s)

坎高

△（m）

坎面坡度

m

空腔負(fù)壓

(m)

空腔

狀況

1

169.0

35

1.93

5.0

-1.30

2

187.0

35

1.06

6.25

-1.10

3

179.5

35

1.92

6.67

-1.09

4

169.0

35

0.97

12.5

-1.27

5

126.4

35

0.89

12.5

-0.78

好

6

141.4

35

0.99

6.25

-0.59

好

表4坎高與空腔負(fù)壓的關(guān)系（模擬流速40m/s、42m/s）

序號(hào)

單寬流量(m3/s.m)

流速

(m/s)

坎高

△（m）

坎面坡度

m

空腔負(fù)壓(m)

空腔

狀況

1

188.9

40

1.16

12.5

-0.53

好

2

220.0

42

1.30

12.5

-0.78

好

3

211.18

40

1.29

6.25

-0.77

好

4坎面坡度對(duì)空腔淹沒程度的影響的一般規(guī)律總結(jié)

在單寬流量相差不大的前提下，當(dāng)坎面坡度較緩，空腔長度較短，空腔淹沒程度較小，反之，當(dāng)坎面坡度較陡，空腔長度也較大，但其空腔淹沒程度較大。這是因?yàn)榭裁嫫露容^陡時(shí)，水流挑射遠(yuǎn)，入射角大，容易形成反向旋輥，造成淹沒空腔。

4.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料及分析

表6坎面坡度對(duì)空腔淹沒程度的影響分析（流速為25m/s、30m/s）

序號(hào)

單寬

流量

(m3/s.m)

流速

(m/s)

坎高

△(m)

坎面坡度

m

空腔

長度

(m)

空腔淹沒程度

空腔程度

空腔狀況

1

91.25

25

1.1

6.67

21.91

0.641

0.833

0.359

0.167

2

65.5

25

0.98

6.67

19.63

0.500

0.733

0.500

0.267

好

3

94.5

25

0.59

6.25

16.61

0.666

0.888

0.334

0.112

4

68.75

25

0.54

6.25

22.05

0.500

0.769

0.500

0.231

好

5

61.75

25

0.493

5.00

19.73

0.70

0.875

0.300

0.125

6

77.5

25

0.47

12.5

16.27

0.636

0.818

0.364

0.172

7

157.8

30

1.578

6.67

31.56

0.641

0.833

0.359

0.167

8

113.1

30

1.41

6.67

28.27

0.500

0.733

0.500

0.267

好

9

163.5

30

0.85

6.25

23.9

0.666

0.888

0.334

0.112

10

118.0

30

0.780

6.25

22.05

0.500

0.769

0.500

0.231

好

11

106.5

30

0.71

5

15.23

0.70

0.875

0.300

0.125

12

134.0

30

0.682

12.5

23.43

0.636

0.818

0.364

0.172

13

106.5

30

1.420

12.5

28.4

0.670

0.875

0.330

0.125

注：---反向旋滾穩(wěn)定點(diǎn)至挑坎的距離，---反向旋滾上沖點(diǎn)至挑坎的距離

表中，序號(hào)2、4較好，坎面坡度為1:6.25~6.67，空腔長度在20m左右；序號(hào)12、13，坎面坡度為1:12.5，空腔長度在25m左右，空腔淹沒程度較大，達(dá)65%左右。

表7坎面坡度對(duì)空腔淹沒程度的影響分析（流速為25m/s）

序號(hào)

單寬

流量

(m3/s.m)

流速

(m/s)

坎高

△

(m)

坎面坡度

m

空腔

長度

(m)

空腔淹沒程度

空腔程度

空腔狀況

1

169.0

35

1.93

5.00

38.66

0.70

0.875

0.300

0.125

2

187.0

35

1.06

6.25

43.20

0.500

0.769

0.300

0.231

3

179.5

35

1.92

6.67

38.48

0.500

0.733

0.500

0.267

好

4

169.0

35

0.97

12.5

21.13

0.70

0.875

0.300

0.700

5

126.35

35

0.89

12.5

16.67

0.25

1.000

0.75

好

6

141.4

35

0.99

6.25

29.3

0.47

0.68

0.530

0.320

好

表中序號(hào)1、3坎面坡度較陡，分別為1:5和1:6.67，淹沒程度大；序號(hào)5最好，為自由空腔；其次是序號(hào)6空腔程度為53%，坎面坡度1:6.25。

表8坎面坡度對(duì)空腔淹沒程度的影響（流速為40m/s、42m/s）

序號(hào)

單寬

流量

(m3/s.m)

流速

(m/s)

坎高

△(m)

坎面坡度

m

空腔

長度

(m)

空腔淹沒程度

空腔程度

空腔狀況

1

188.9

40

1.16

12.5

21.77

0.00

0.25

1.00

0.75

好

2

211.18

40

1.29

6.25

38.28

0.47

0.68

0.53

0.32

3

220.0

42

1.29

12.5

24.18

0.00

0.25

1.00

0.75

好

表8中序號(hào)1、3最好，為自由空腔，坎面坡度為1:12.5。

4.3坎面坡度對(duì)挑射水流落點(diǎn)及沖擊力的影響

坎面坡度的大小直接關(guān)系到挑射水流的入射角，入射角的大小又影響到水流落點(diǎn)以及落點(diǎn)處的沖擊力與動(dòng)水壓力，入射水流的動(dòng)水壓力及其波動(dòng)值過大，將影響到溢洪道底板的穩(wěn)定以及邊墻、中隔墻的穩(wěn)定。

一般規(guī)律：坎面坡度大，挑射水流落點(diǎn)壓強(qiáng)也相應(yīng)增大。

4.4摻氣減蝕試驗(yàn)綜合分析比較表

表9摻氣減蝕試驗(yàn)綜合分析比較表

序號(hào)

單寬流量

qw

(m3/s.m)

流速

v

(m/s)

坎高

△

(m)

坎坡

m

空腔長度

L(m)

空腔負(fù)壓

p(m)

單寬

摻氣量

qa(m3/s.m)

氣水比

空腔

淹沒程度

%

1

91.25

25

1.10

6.67

21.91

-0.64

4.86

0.053

64

2

68.75

25

0.54

6.25

22.05

-0.56

2.26

0.033

50

3

113.1

30

1.41

6.67

28.27

-0.80

5.23

0.049

50

4

163.5

30

0.85

6.25

23.90

-0.61

4.96

0.030

50

5

126.4

35

0.89

12.5

16.67

-0.78

7.00

0.039

6

141.4

35

0.99

6.25

29.30

-0.59

9.90

0.058

47

7

188.9

40

1.16

12.5

21.79

-0.53

7.40

0.039

8

211.2

40

1.29

5.25

24.18

-0.77

12.3

0.058

47

9

220.0

42

1.30

12.5

24.00

-1.12

8.56

0.039

5***水電站坎槽式摻氣減蝕措施的設(shè)置分析與應(yīng)用

根據(jù)表9的綜合分析比較，及結(jié)合目前已建工程的成功經(jīng)驗(yàn)，如：烏江渡水電站、東江水電站等，***水電站摻氣坎槽沿程設(shè)5級(jí)。

5.1溢洪道各級(jí)坎槽設(shè)置分析

第一級(jí)坎槽：根據(jù)表9，序號(hào)1、2試驗(yàn)結(jié)果，坎高在1.10m，有足夠的空腔長度，為20m，空腔負(fù)壓值較好，為0.60m水柱，單寬摻氣量較?。╭a=4.86m3/s.m），空腔淹沒程度較大。對(duì)于***水電站溢洪道，在流速25m/s處設(shè)坎槽，應(yīng)提高坎的高度，坡度略緩，為△=1.6m，坎坡為1:8，槽寬、槽深均為1.25m，槽底與溢洪道底坡以450斜面相接；

第二級(jí)坎槽：由表9序號(hào)3、4試驗(yàn)結(jié)果看，坎高在1.41m，有足夠的空腔長度（28.27m），空腔負(fù)壓較好，其值為-0.80m水柱，但單寬摻氣量不足，qa=5.23m3/s.m。對(duì)于***水電站溢洪道，在流速31m/s處設(shè)坎槽，坎的高度取為△=1.4m，坡度略緩，坎坡為1:8，槽寬、槽深均為1.25m，槽底與溢洪道底坡以450斜面相接；

第三級(jí)坎槽：根據(jù)表9序號(hào)5、6試驗(yàn)結(jié)果看，坎高在0.85m，空腔長度足夠，為23.90m，空腔負(fù)壓尚好，為-0.61m水柱，單寬摻氣量不足，為4.96m3/s.m。對(duì)于***水電站溢洪道，在流速36.5m/s處設(shè)坎槽，坎的高度可略高一些，取△=1.0m，坡度略緩，坎坡為1:10，槽寬、槽深均為1.25m，槽底與溢洪道底坡以450斜面相接；

第四級(jí)坎槽：由表15序號(hào)7、8試驗(yàn)結(jié)果看，坎高在0.89m,空腔長度足夠，為24.18m，空腔負(fù)壓尚好，為-0.77m水柱，單寬摻氣量充足，為12.24m3/s.m。對(duì)于***水利樞紐溢洪道，在流速41m/s處設(shè)坎槽，坎的高度可略低一些，取△=0.8m，坡度略緩，坎坡為1:10，槽寬、槽深均為1.25m，槽底與溢洪道底坡以450斜面相接；

第五級(jí)坎槽：由表15序號(hào)9試驗(yàn)結(jié)果看，坎高在1.30m,空腔長度足夠，為24.0m，空腔負(fù)壓較大，為-1.12m水柱，單寬摻氣量尚可，為8.56m3/s.m。對(duì)于***水利樞紐溢洪道，在流速42.9m/s處設(shè)坎槽，坎的高度可略低一些，取坎高△=0.6m，坡度略緩，坎坡為1:12，槽寬、槽深均為1.25m，槽底與溢洪道底坡以450斜面相接。

5.2溢洪道各級(jí)坎槽設(shè)置實(shí)踐

根據(jù)上述分析，***水電站摻氣坎的設(shè)置如表10，見附圖1：

表10***水電站摻氣坎槽設(shè)計(jì)表

坎級(jí)

樁號(hào)

坎槽結(jié)構(gòu)

保護(hù)長度

（m）

流速

(m/s)

坎高(m)

坎坡(m)

槽寬(m)

槽深(m)

1

0+250

1.60

1:8

1.25

1.25

103.0m

25.08

2

0+350

1.40

1:8

1.25

1.25

123.2m

31.0

3

0+470

1.00

1:10

1.25

1.25

153.9m

36.5

4

0+620

0.80

1:10

1.25

1.25

133.4m

41.0

5

0+750

0.60

1:12

1.25

1.25

70.0m

42.9

6結(jié)語

摻氣減蝕工程措施的設(shè)置在解決高速水流的危害方面有明顯的作用，但是摻氣減蝕的影響因素較多，且復(fù)雜，本文從摻氣坎的角度：坎高、坎坡兩方面作了分析，而如通氣量等其他因素，對(duì)摻氣坎的設(shè)計(jì)也有很大的影響，本文沒有做進(jìn)一步的分析。另外，水利水電工程的運(yùn)行條件復(fù)雜多變，運(yùn)行環(huán)境亦不穩(wěn)定。

要很好的解決高速水流的摻氣減蝕問題，應(yīng)該全面的考慮上述各種因素及具體工程的實(shí)際情況。

參考文獻(xiàn)：

吳持恭編著，《水力學(xué)（第二版）》，高等教育出版社，1996年。

《***水電站溢洪道泄槽摻氣減蝕模型試驗(yàn)報(bào)告》，天津大學(xué)，2003年。

《***水電站可行性研究報(bào)告（第五篇）》，昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2003年。

《***水電站可行性研究階段泄洪消能與防沖專題報(bào)告》，昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2003年。