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1、双戗堤截流时下戗堤的作用分析范锡峨(武汉大学水利水电学院,湖北武汉430072)摘要:立堵截流计算的核心内容是龙口流速的求取,因为龙口流速的大小直接影响到截流时所选择抛投料粒径的大小,可以说是衡量截流难度的一个重要指标。本文在分析单戗堤立堵截流龙口流速变化规律的基础上,着重研究了在双戗堤立堵截流中,当上戗堤最困难的时候,也就是流速最大的时候,下戗堤是否能够壅水,从而降低上戗堤的截流难度这个问题,论证了双戗堤立堵截流水力控制条件的正确性,为双戗堤立堵截流的顺利施工提供判断依据。关键词:双戗堤立堵法截流;龙口;流速;水力计算中图法分类号:TV551121文献标识码:A文章编号:
2、1003-9805(2004)02-0021-042单戗堤立堵截流时龙口流速的变化1前言规律截流是水利水电工程建设的关键性环节之一,它的成败直接影响工程建设的工期与费用,对某些重大工程还具有重大的政治意义,因此分析立堵截流过程中龙口流速的变化规律对于更好地指导实际截流施工很有必要。当今,截流的基本方式为立堵截流,立堵截流又分为单戗堤立堵截流、双戗堤立堵截流与宽戗堤立堵截流。随着我国一大批大型水电工程的开工,这些工程大都具有流量大、截流落差大的特点,可采用双戗堤立堵截流方式,让下戗堤在截流过程中分担一部分落差,从而降低截流难度。但是从双戗堤立堵截流的实践中发现,很多双戗堤截流
3、并没有起到降低截流难度的目的,也就是并没有比单戗堤截流具有更大的优越性。为此,本文对双戗堤立堵截流时,当上戗堤龙口达到最大流速的时候,下戗堤能否壅水降低截流难度或者说下戗堤至少需进占到什么程度,才能够壅水,使上戗堤龙口形成淹没流,降低截流难度进行了研究分析,进行水力计算,同时也验证了双戗堤立堵截流控制条件的正确性。研究分析单戗堤立堵截流时龙口流速的变化规律,对于解决双戗堤截流过程中,双戗堤截流是否比单戗堤立堵截流具有更大的优越性有很大的帮助。在立堵截流中,龙口处水流流态可分为淹没流和非淹没流,龙口流速可分别表达为[1]:淹没流时v=φ2gZ(1)式中v———龙口处流速;Z—
4、——龙口上下游水位落差;φ———流速系数,取018～019。非淹没流时3v=gq(龙口形成三角形断面前)(2)=(g2Qn/4m¯)012(龙口形成三角形断面后)(3)v———龙口处流速;g———重力加速度;q———龙口单宽流量;Qn———龙口流量;m¯———戗堤端部平均边坡。在截流过程中,随着戗堤的不断进占,截流落差v式中Z总是不断增大的。由于淹没流时流速系数φ多取为0185,可似为常数,那么流速v为Z的增函数。这就说明:当龙口处水流呈淹没流的时候,无论龙口断面型式是三角形还是刚开始的梯形,流速都是随着落差的增大而不断变大的。而式(2),根据堰流公式可改写为:1/32g1
5、15m(hp+Z)115v=(2)值区间,通过水力计算得到龙口流速最大区间的龙口流量、分流量、龙口宽度、上游水位、龙口处水深等一系列水力参数,将此时龙口断面进行概化,计算出龙口轴线断面处的临界水深,此时龙口水流流态应该为急流,截流达到最困难时刻。(2)然后保持上戗堤稳定,即维持上戗堤的上游水位为定值,而每一个上游水位对应一个分流量,那么在忽略上、下戗堤渗流量以及上游河槽蓄水量的前提下,通过上戗堤龙口处的水流将全部通过下戗堤龙口,此时下戗堤开始进占,下戗堤的上游水位(上戗堤的下游水位)逐渐壅高,计算出在下戗堤龙口流速达到最大的时候,下戗堤龙口处的水深、临界水深以及下戗堤的上游
6、水位。(3)判断下戗堤上游水位所处断面此时的流态是急流还是缓流。因为若此断面流态是急流,则说明上、下戗堤之间的水流属于急流。急流的水波是不能向上游传递的,也就是说此时的双戗堤截流不可能改善上戗堤龙口处的水力条件,不会降低上戗堤的截流难度。此时只有让下戗堤继续进占,使下戗堤的上游水位进一步壅高到某一特征值,使此断面流态成为缓流且能够使上戗堤轴线处水流形成淹没流,这样才可以降低截流难度。(4)若下戗堤上游水位所处断面的水流流态为缓流,则表明下戗堤有可能壅水成功。因为缓流的水波是可以向上游传递的,但也只有当下戗堤的上游水位壅高到某一特征值的时候,使上戗堤轴线处水流成为淹没流,才能
7、显著改善上戗堤龙口水力条件,降低截流难度。(5)最后得出结论,双戗堤立堵截流是否比单戗堤截流更具有优越性或者计算出下戗堤至少需要进占多少米,才能使下戗堤的上游水位达到某一特征值,使上戗堤龙口轴线处水流形成淹没流,降低上戗堤截流难度[2]。Z———龙口上下游水位落差。从式(2)中可以看出,当流量系数m为常数或者变化不大的时候,v为Z的增函数。从式(1)和式(2)中可以看出,龙口断面在三角形形成之前,无论龙口流态是淹没流还是非淹没流,其流速都是在戗堤的不断进占中,随着Z的增大而增大的。从式(3)中可以看出,当戗堤端部平
