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1、南陽(yáng)回龍抽水蓄能電站下庫(kù)溢流壩消能方式研究
2、第1 [摘要]南陽(yáng)回龍抽水蓄能電站下庫(kù)大壩采用碾壓混凝土施工，為了更好地把碾壓混凝土施工工藝與泄洪建筑物的消能方式結(jié)合起來(lái)，縮短施工工期，本文就下庫(kù)溢流壩的消能作了詳細(xì)的研究。[關(guān)鍵詞]溢流壩消能方式研究1概述南陽(yáng)回龍抽水蓄能電站下庫(kù)大壩采用碾壓混凝土施工，壩高53.30m，泄水建筑物包括泄洪排沙底孔和溢流壩，泄洪排沙底孔為短壓力進(jìn)口明流洞挑流消能，溢流壩采用無(wú)閘門(mén)控制自由泄流，溢流壩面采用常態(tài)抗沖耐磨混凝土澆筑，下游采用挑流消能，五十年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，堰頂水頭2.50m，相應(yīng)單寬流量7
3、.73m3/s.m；五百年一遇校核洪水時(shí)，堰頂水頭4.40m，相應(yīng)單寬流量18.04m3/s.m。2階梯溢流壩消能方式研究階梯溢流壩是結(jié)合碾壓混凝土施工工藝，保留壩體碾壓與澆筑過(guò)程中的壩面臺(tái)階或預(yù)制混凝土模板，將傳統(tǒng)的光滑溢流壩面改作成具有階梯狀的溢流壩，利用階梯溢流壩面臺(tái)階可以消散壩面水流的部分能量，降低溢流壩址處水流流速和動(dòng)能，簡(jiǎn)化下游消能設(shè)施。與傳統(tǒng)的光滑溢流壩面相比，階梯溢流壩面消能方式簡(jiǎn)化了壩體施工工藝，同時(shí)又有消能效益，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的消能方式，在碾壓混凝土溢流壩上得到廣泛應(yīng)用。影響階梯溢流壩消能效果的因素很多，其中的
4、單寬流量是最主要因素，目前有關(guān)階梯式溢流壩消能問(wèn)題的研究資料大部分是針對(duì)某一具體工程的試驗(yàn)成果，有關(guān)階梯式溢流壩的水力特性、消能率等系統(tǒng)研究較少。從對(duì)收集到的資料分析，中低水頭小單寬流量情況時(shí)，階梯壩面為主要消能設(shè)施，并輔以其它消能設(shè)施（如美國(guó)上靜水壩溢流壩、吉林延邊河龍水庫(kù)溢流壩階梯壩面+底流T型墩消力池）；高水頭大單寬流量情況下，階梯壩面消能效果降低，結(jié)合碾壓混凝土施工，消能常采用寬尾墩+階梯式壩面+戽式消能工（如福建水東、云南大朝山等）、寬尾墩+階梯式壩面+底流消力池（如廣西百色）等綜合消能設(shè)施。資料表明：在堰上水頭較小時(shí)，
5、單寬流量較小，整個(gè)溢流階梯壩面階梯相當(dāng)于多級(jí)跌水；隨著流量的增加，溢流面水流的多級(jí)跌水狀態(tài)消失，水流表面趨于平順，但水面紊動(dòng)大，整個(gè)溢流壩面水舌破碎，表面摻氣，此時(shí)溢流面階梯對(duì)水流的擾動(dòng)作用最強(qiáng)，其消能效果也最好；隨著流量的繼續(xù)增加，水流表面趨于光滑，階梯潛沒(méi)于溢流水舌之下，內(nèi)部仍紊動(dòng)強(qiáng)烈，但階梯的消能作用已降低。從單寬流量對(duì)階梯面消能效果的影響看，當(dāng)單寬流量大于15m3/s.m時(shí)，階梯的消能作用不明顯，以階梯為主要消能設(shè)施的工程，建議單寬流量最好不大于10m3/s.m。2.1階梯式溢流壩消能計(jì)算南陽(yáng)回龍抽水蓄能電站下庫(kù)溢流壩設(shè)計(jì)
6、洪水單寬泄量7.73m3/s.m，校核洪水單寬泄量18.04m3/s.m，根據(jù)以上資料分析，在設(shè)計(jì)洪水情況下，采用階梯溢流壩面消能似無(wú)問(wèn)題，但在校核洪水情況下，溢流壩下游必須采取其它輔助消能設(shè)施。為研究校核洪水情況下溢流壩階梯壩面+其它消能設(shè)施的可行性，并適當(dāng)考慮階梯壩面的消能作用，在以下的計(jì)算中，分別考慮了階梯壩面消能率0%、10%、20%和30%等幾種情況。⑴階梯式溢流壩面+挑坎挑流消能方式挑流消能是利用水流能量將水流挑至遠(yuǎn)離壩腳的下游河床，減輕過(guò)壩水流對(duì)壩體的影響和危害，小流量挑流本身即易產(chǎn)生貼流及挑距不遠(yuǎn)等問(wèn)題，階梯壩面水
7、流的能量消耗更加劇了該問(wèn)題的產(chǎn)生和危害。因此，在小流量情況下采用此種消能方式組合是不適宜的。⑵階梯式溢流壩面+消力池底流消能方式根據(jù)壩址水文、地形資料，壩下游河床高程455.0m，下游最高水位462.13m，底流消能采用挖深式消力池，取校核洪水情況下的消力池底流淹沒(méi)系數(shù)為1.05，則考慮階梯壩面不同消能率情況下的底流消能計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1：計(jì)算結(jié)果看，由于下游河床水深較小，消力池下挖深度較大，消力池長(zhǎng)度也較大，因此其工程量相應(yīng)也較大。⑶階梯式溢流壩面+消力戽面流消能方式按一般要求確定消力戽斗底部高程同下游河床面高程，戽斗半徑15.0m
8、，戽坎挑角450，計(jì)算結(jié)果表明，由于下游河床水深較小，戽斗流態(tài)為淹沒(méi)挑流，難以形成戽流。因此，此種消能方式組合不能成立。⑷階梯式溢流壩面+跌坎面流消能方式根據(jù)壩下游水深情況，跌坎面流消能以盡量抬高跌坎后部底板高程、滿足消能對(duì)下游的最小水深要求為原則，初步確定跌坎高程455.50m，坎高2.50m，校核洪水時(shí)階梯壩面不同消能率情況下的跌坎面流區(qū)界水深計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2：
