官地水电站底流消能泄洪雾化影响及边坡防护

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1、官地水电站底流消能泄洪雾化影响及边坡防护　　前言泄洪雾化，是指泄水建筑物泄流时引起的一种非自然降雨过程与水雾弥漫现象，是一种具有严重危害性的雾化水流，产生大范围、高强度的雾化阵雨，直接影响泄洪雾化区边坡的稳定，对水电站的安全运行构成一定威胁，而且在雾化远区增加了空气湿度，对附近环境造成污染，影响居民的正常生活与安全生产。　　据很多工程的原型观测结果，在雾化严重区域，地面降雨强度最大可达1000mm/h以上，远远超出气象暴雨的强度。如二滩水电站，1999年进行泄洪雾化原型观测期间，由于雾化降雨严重，导致了局部岸坡失稳、滑坡；柘溪水电站也曾因泄洪雾化严重影响到办公大楼及部分生活区，被迫将办公大楼

2、迁移；刘家峡水电站，泄水道泄洪时，右岸为强降水区，阻断了进厂交通，为此特设了一道200m长的防雾廊道，即使如此，晴天也要穿雨衣通过廊道。　　底流消能是一种传统的消能方式，是通过水跃产生的表面漩滚和强烈的紊动以达到消能目的，具有消能效率高、尾水波动小、泄洪雾化影响小的特点。文章以官地水电站泄洪消能为工程背景，探讨溢流表孔宽尾墩布置+连续跌坎+底流消力池+中孔挑流的消能方式水电站雾化区边坡的影响范围及边坡防护措施。　　1工程概况　　官地水电站位于四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的打罗村境内，系雅砻江卡拉至江河口河段水电规划五级开发方式的第三个梯级电站。电站主要任务是发电，水库正常蓄水位13

3、30.00m，坝顶高程1334.00m，最大坝高156m，总库容7.6亿立方米，水库回水长58km，装机容量2400M，堰顶前缘为1/4椭圆曲线，堰顶幂曲线方程为y=0.0428541.85，后接1:0.75斜坡，再通过半径47.966m的反弧段与消力池相接，跌坎6.5m高。溢流坝面设有两道掺气坎（槽），以起到坝面高速水流作用下的掺气减蚀作用。　　2官地水电站的消能特点　　近几年，随着社会对水土保持和环境保护认识与要求的提高，高坝泄洪及下游消能，特别是挑流消能造成的下游冲淤和强烈雾化降雨，对下游区域水土保持和环境具有巨大破坏力，因此，许多在建和将建工程放弃了挑流消能方案而选择底流消能方案。　

4、　官地水电站溢流坝消能防冲按100年一遇洪水设计，下泄流量为11900m3/s。考虑到本工程坝址岸坡稳定问题突出，消力池两岸覆盖层及变形体比较发育，泄洪消能应最大限度减小对岸坡稳定的影响。经过水力学模型试验及专题论证，从运行安全可靠角度出发，官地水电站确定溢流坝消能采用底流消能方式。溢流坝表孔泄流采用加设宽尾墩+底流泄洪消能方式，两中孔泄流采用侧向挑流进入消力池的消能方式，下游采用斜坡边墙消力池底流消能。底流消能工程的主要消能作用发生在消力池内，属水体内部漩滚消能，与挑流消能雾化相比，其雾化的程度和影响范围都小得多。　　3泄洪雾化研究方式　　泄洪雾化实际上是一个非常复杂的水、气、雾多项流物理

5、现象，其影响因素众多，包括泄水建筑物的体型及泄洪方式、上下游水位差、流量、入水流速与角度、下游水垫深度、下游地形、当地气象条件等，同时在时间上有其随机性。　　泄洪雾化问题是随着高坝建设而出现的高速水流研究课题，日前对泄洪雾化的研究方法主要包括物理模型试验、数值模拟计算以及原型观测资料反馈分析。　　理论分析计算通常是在引进一系列假设的基础上，通过对雾化现象进行概化处理，再根据水力学理论与方法进行定量研究。由于泄洪雾化现象复杂，影响因素众多，雾化形成机理尚不清楚，数学模型方法还不能完整模拟泄洪雾化现象，其准确性和可靠性满足不了实际工程应用要求，因此，理论计算的结果也只能是初步的，距离实际应用尚有

6、一定距离。　　原型观测方法是研究泄洪雾化问题的重要手段，相比较而言，原型观测是了解、掌握雾化现象规律性的一种最直接、最有效、最准确的研究方法。但观测工作量大，目难以取得比较全面和系统的观测资料，所以不易准确评价泄洪雾化影响。　　传统水工模型试验受比尺效应影响，难以完全模拟泄洪雾化现象（特别是原型的薄雾），并且不能真实代表原型中泄洪雾化的复杂物理过程以及模型与实际之间的换算关系如何确定等核心技术问题也无定论。　　三种方法各有优缺点，在现实工程中可定量计算配合定性经验类比分析来研究水利枢纽泄洪雾化问题，解决工程实际问题。　　4官地水电站底流消能泄洪雾化影响　　　　4.1雾化现象　　官地水电站采用

7、溢流表孔宽尾墩布置+连续跌坎+底流消力池+中孔挑流的消能方式，水电站枢纽采用底流消能型式与下游河道水流相衔接。　　泄洪时水流沿坝面出流进入消力池与消力池内水流衔接，在池内形成漩滚。在泄洪过程中坝面的水流掺气不多，破碎不严重，水滴抛洒也不多。2012年7月24日，官地水电站上游表孔泄流量最大达到7412m3/s，5个表孔同时开启泄洪，水流经过宽尾墩的挑射，在消力池内有漩滚存在，水流紊动掺气，有水滴、水块脱离池面