高拱坝表深孔碰撞泄洪消能水力特性
2021-02-25雷显阳龚久南
科学技术与工程 2021年1期
雷显阳,龚久南
(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,杭州 311122;2.杭州国家水电站大坝安全和应急工程技术中心有限公司,杭州 311122)
高坝宣泄洪水时,由于上游水头高,泄流时将产生高速水流,水流下泄时会对水垫塘底板产生极大的冲击压力。1996年五强溪水电站右消力池出现了严重破坏[1],正是由于极端洪水期到来时,工程还未完建,在严格控制泄流量情况下,使上下游水位差增大,泄洪时产生巨大的冲击能量,使下游底板被严重冲刷,冲坑深度达40 m,更为严重的是冲坑周围岩体淘刷,使四周残留的板块处于危险的倒悬状态,严重危及大坝安全。因此,高拱坝水流下泄时往往会产生较大的冲击压力,为保证下游冲刷安全,在有足够的深水垫消刹能量的同时,还需通过水舌在空中消耗部分能量。而表深孔碰撞消能方式,使上下水舌在空中碰撞、掺气,削弱射流的集中强度,并结合水垫塘消刹能量能使下泄水流的冲击压力大大降低。
表中孔联合泄洪时,上下两股水舌沿各自的挑坎射出,呈抛物线轨迹下落。水舌在空中碰撞,碰撞后的联合水流水舌发生碎裂、分散,掺入大量空气,形成许多不连续的水体,水舌纵向扩散充分,使单位面积入水量降低[2]。同时,碰撞后分散的水股厚度减小,射入水垫塘后,有利于水下扩散,使潜没流速迅速衰减。而大量空气的掺入,有利于增加对水股的摩阻力,提高了消能效果[3]。二滩实测资料表明,水舌碰撞时的入水流速系数为0.80~0.85,碰撞后的流速系数下降到0.40~0.60[4]。……
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