南阳回龙抽水蓄能电站下库溢流坝消能方式研究

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1、南阳回龙抽水蓄能电站下库溢流坝消能方式研究

2、第1　[摘要]南阳回龙抽水蓄能电站下库大坝采用碾压混凝土施工，为了更好地把碾压混凝土施工工艺与泄洪建筑物的消能方式结合起来，缩短施工工期，本文就下库溢流坝的消能作了详细的研究。[关键词]溢流坝消能方式研究1概述南阳回龙抽水蓄能电站下库大坝采用碾压混凝土施工，坝高53.30m，泄水建筑物包括泄洪排沙底孔和溢流坝，泄洪排沙底孔为短压力进口明流洞挑流消能，溢流坝采用无闸门控制自由泄流，溢流坝面采用常态抗冲耐磨混凝土浇筑，下游采用挑流消能，五十年一遇设计洪水时，堰顶水头2.50m，相应单宽流量7

3、.73m3/s.m；五百年一遇校核洪水时，堰顶水头4.40m，相应单宽流量18.04m3/s.m。2阶梯溢流坝消能方式研究阶梯溢流坝是结合碾压混凝土施工工艺，保留坝体碾压与浇筑过程中的坝面台阶或预制混凝土模板，将传统的光滑溢流坝面改作成具有阶梯状的溢流坝，利用阶梯溢流坝面台阶可以消散坝面水流的部分能量，降低溢流坝址处水流流速和动能，简化下游消能设施。与传统的光滑溢流坝面相比，阶梯溢流坝面消能方式简化了坝体施工工艺，同时又有消能效益，是一种经济实用的消能方式，在碾压混凝土溢流坝上得到广泛应用。影响阶梯溢流坝消能效果的因素很多，其中的

4、单宽流量是最主要因素，目前有关阶梯式溢流坝消能问题的研究资料大部分是针对某一具体工程的试验成果，有关阶梯式溢流坝的水力特性、消能率等系统研究较少。从对收集到的资料分析，中低水头小单宽流量情况时，阶梯坝面为主要消能设施，并辅以其它消能设施（如美国上静水坝溢流坝、吉林延边河龙水库溢流坝阶梯坝面+底流T型墩消力池）；高水头大单宽流量情况下，阶梯坝面消能效果降低，结合碾压混凝土施工，消能常采用宽尾墩+阶梯式坝面+戽式消能工（如福建水东、云南大朝山等）、宽尾墩+阶梯式坝面+底流消力池（如广西百色）等综合消能设施。资料表明：在堰上水头较小时，

5、单宽流量较小，整个溢流阶梯坝面阶梯相当于多级跌水；随着流量的增加，溢流面水流的多级跌水状态消失，水流表面趋于平顺，但水面紊动大，整个溢流坝面水舌破碎，表面掺气，此时溢流面阶梯对水流的扰动作用最强，其消能效果也最好；随着流量的继续增加，水流表面趋于光滑，阶梯潜没于溢流水舌之下，内部仍紊动强烈，但阶梯的消能作用已降低。从单宽流量对阶梯面消能效果的影响看，当单宽流量大于15m3/s.m时，阶梯的消能作用不明显，以阶梯为主要消能设施的工程，建议单宽流量最好不大于10m3/s.m。2.1阶梯式溢流坝消能计算南阳回龙抽水蓄能电站下库溢流坝设计

6、洪水单宽泄量7.73m3/s.m，校核洪水单宽泄量18.04m3/s.m，根据以上资料分析，在设计洪水情况下，采用阶梯溢流坝面消能似无问题，但在校核洪水情况下，溢流坝下游必须采取其它辅助消能设施。为研究校核洪水情况下溢流坝阶梯坝面+其它消能设施的可行性，并适当考虑阶梯坝面的消能作用，在以下的计算中，分别考虑了阶梯坝面消能率0%、10%、20%和30%等几种情况。⑴阶梯式溢流坝面+挑坎挑流消能方式挑流消能是利用水流能量将水流挑至远离坝脚的下游河床，减轻过坝水流对坝体的影响和危害，小流量挑流本身即易产生贴流及挑距不远等问题，阶梯坝面水

7、流的能量消耗更加剧了该问题的产生和危害。因此，在小流量情况下采用此种消能方式组合是不适宜的。⑵阶梯式溢流坝面+消力池底流消能方式根据坝址水文、地形资料，坝下游河床高程455.0m，下游最高水位462.13m，底流消能采用挖深式消力池，取校核洪水情况下的消力池底流淹没系数为1.05，则考虑阶梯坝面不同消能率情况下的底流消能计算结果见表1：计算结果看，由于下游河床水深较小，消力池下挖深度较大，消力池长度也较大，因此其工程量相应也较大。⑶阶梯式溢流坝面+消力戽面流消能方式按一般要求确定消力戽斗底部高程同下游河床面高程，戽斗半径15.0m

8、，戽坎挑角450，计算结果表明，由于下游河床水深较小，戽斗流态为淹没挑流，难以形成戽流。因此，此种消能方式组合不能成立。⑷阶梯式溢流坝面+跌坎面流消能方式根据坝下游水深情况，跌坎面流消能以尽量抬高跌坎后部底板高程、满足消能对下游的最小水深要求为原则，初步确定跌坎高程455.50m，坎高2.50m，校核洪水时阶梯坝面不同消能率情况下的跌坎面流区界水深计算结果见表2：