泄洪雾化研究综述

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1、第08卷第7期中国水运V01．8No．72008年7月ChinaWaterTransport．duIY2008泄洪雾化研究综述杨智鸿1，王愈2(1广东省航运规划设计院，广东广州510050；2长江科学院河流研究所，湖北武汉430010)摘要：泄洪雾化是水汽两相流的水力学难题，因受地形、气象、下泄水流形态及其消能方式等各种因素的影响，极为复杂。泄洪雾化的问题近二十年来才引起了人们重视的问题．尤其是大坝泄洪时产生的雾化，给水利枢纽及其周围的环境带来很大的影响。因此，必须对其加以研究并采取合理的防护措施减

2、小其危害。本文着重论述了泄洪雾化的研究现状、现象及危害、影响因素、雾化分区、研究方法、防护措施。关键词：泄洪雾化；影响因素；雨强分布；防治中图分类号：TV652．2文献标识码：A文章编号：1006-7973(2008)07-0153-03一、泄洪雾化研究现状对高坝泄洪雾化的研究，国外几乎未见资料报道，国内是在20世纪70年代末、80年代初才正式开始研究，雾化问题被列入国家科技重点发展规划中工程水力学的七大问题之一，并被列入国家。七五”、。八五”科技攻关项目。目前，对于泄洪雾化的基本运动模式，国内基本

3、达成共识，对于雾化的主要雾源、雾化分级和分区有了较为明确的认识和初步界定，有关文献根据系列模型试验和原型观测结果研究和分析模型模拟水流雾化的可行性，并通过对比分析，建立了比较简单的模型律。泄洪雾化的研究方法主要有3种：原型观测、物理模型试验和数值计算。近年来，人工神经网络方法在水利学科领域得到了广泛应用。二、雾化现象及其危害水电工程泄水建筑物泄洪时，下泄水流一般呈现急流或挑射流状态，由于水流内部紊动和周围空气阻力的影响，射流水股表面产生波纹，并掺气、扩散，部分水体失稳、脱离水流主体，碎裂成水滴，其中

4、大粒径水滴降落形成雨(抛洒降雨)，小粒径水滴漂浮在空中成为雾；随后，掺气射流落入下游河床内，与下游水体相互碰撞，产生喷溅，飞溅出的水体受到重力、空气阻力和坝后风速场的影响，斜向抛射并在射流入水点附近区域内降落，形成溅激斜抛降雨(溅雨)，喷溅过程中产生的大量小粒径水滴漂浮在空中形成浓雾，雾谪受到坝后风速场的影响，不断扩散、飘逸形成雾流，雾流向四周逐渐扩散变淡，降雨强度随之减小。一般而言，水头越高，流量越大，泄洪雾化的降雨强度与影响范围也越大。随着一大批巨型电站的陆续兴建，泄洪雾化问题日益受到广泛关注。

5、高坝泄洪雾化，不仅对水利枢纽与下游岸坡的工程安全造成一定威胁，同时也是—个社会影响较大的环境问题。运行实践表明，大型水电工程的泄洪雾化，由于降雨强度及其影响范围相当大，与常规的自然降雨相比对水利枢纽附属建筑物与下游岸坡所造成的威胁与破坏要大得多，因此，泄洪雾化作为环境问题也开始受到来自社会方面的极大关注。三、泄洪雾化影响因素泄洪雾化伴随着水利工程泄洪开始而产生，又因泄洪结束而消失。它的产生与消失受水力条件(水头、流速、流量等)、边界条件(消能工体型、下游地形条件等)、气象条件(风速、风向等)、运行条

6、件(闸门开度、孔口运用组合等)等多种因素的影响，属于复杂的水——气二相流。水雾的强弱与运动范围，既取决于泄洪水力条件、边界条件，又受地形条件、气象条件等因素影响，情况很复杂。影响泄洪雾化的因素主要有：(1)上、下游水位差z。它影响水舌在挑坎处的初速和入水流速。随着z的增大．雾化越发严重。白山水电站随着库水位上升，中孔坎上水头从15m上升到66m，相应地出口流速从16m／8增到30m／8，上、下游落差从72m增至123m，而“雾化”降水量从3．2mm／h上升至502ram／8，造成了破坏性的后果。(2

7、)泄流流量Q。上、下游落差相同时，Q越大，能量越多，雾化越严重。乌江渡水电站在坝下80m处的同一测点测得，坝上溢流泄洪道开启4孔的降水强度是开启单孔的4倍。．(3)挑坎高程。当上、下游水位差相同时，挑坎高程低者，水舌流速高、紊动度大、掺气剧烈，雾化严重。(4)挑坎型式。挑坎出流型式较多，如连续式、差动式、扭曲式、双曲式、窄缝式、宽尾墩、加分流墩、分流齿等。纵、横扩散好韵挑流鼻坎，可增加水舌在空中的消能率，但也会加大泄洪雾化程度。(5)水舌碰撞影响。一般抛射挑流水舌与碰撞水舌在相同水位落差时，对雾化现

8、象的影响不同，后者较大。(6)地形的影响地形对雾化的影响主要是近坝区两岸山坡峰壑、坡度及河道形态等因素。雾雨随水舌风扩散，当遇到阻挡时，则形成降雨落到地面。原型观测资料表明：河道开同，水雾容易消散，雾雨爬高较低，河道转弯及岸坡山体变化时，凹岸雾收稿日期：2008—05．26作者简介：杨智鸿(1981．)，男，福建漳州人，广东省航运规划设计院助理工程师．主要从事港口航道设计工作。154中国水运第08卷化比凸岸严重。(7)气象因素的影响气象因素对雾化的影响也比较明显，晴天