拱坝的泄水和消能.ppt

;综述 泄水建筑物是拱坝枢纽不可缺少的重要组成部分。拱坝枢纽的泄水建筑物按其设置的位置不同可分为坝外式和坝身式泄水建筑物。坝外式泄水建筑物主要有岸边溢洪道和泄洪隧洞等；坝身式泄水建筑物主要分表孔泄水、坝面泄水、滑雪道和坝身开孔泄水等多种方式。水流在下泄的过程中，伴随产生巨大的能量，这种下泄水流的能量对水工建筑物、下游河床和河流两岸影响极大，消除下泄水流的不利影响也是本节的重点。本节主要论述坝身泄水方式及下泄水流的消能方式。至于坝外式泄水建筑物及其相应的消能方式，由于其布置和设计对各种坝型都是通用的。;拱坝坝身泄水方式 根据拱坝坝身泄水结构布置的特点，通过对拱坝坝身泄水方式的归纳，拱坝坝身泄水方式有如下几种：坝顶自由跌流式、坝顶小鼻坎挑流式、坝面泄流式、滑雪道泄流式和坝身孔口泄流式等5种方式。;下图是国内已建坝顶自由跌流的工程的成功实例 ;(二)鼻坎挑流式;过堰水流经鼻坎挑射后，落水点距坝趾较远，可适用于泄流量较大的薄拱坝。差动式齿坎可促使水流在空中扩散，增加与空气的摩擦，减小单位面积的入水量，但在构造与施工上都较复杂，又易受空蚀破坏。近年来，设计上采用的舌型坎，既可使水流在空中扩散，又不易受空蚀破坏，有较大的推广应用价值。溢流段的布置，有的工程是沿全坝顶布置，有的只布置在坝顶中部。; （三)坝面泄流式 ;世界上拱坝坝身泄洪量最大拱坝——凤滩重力拱坝 ;(四)滑雪道泄流 滑雪道泄流是拱坝特有的一种泄洪方式，其溢流面由溢流坝顶和与之相连接的泄槽组成。水流过坝以后，流经泄槽，由槽末端的挑流鼻坎挑出，使水流在空中扩散，下落到距坝趾较远的地点。挑流坎一般都较堰顶低很多，落差较大，因而挑距较远，适用于泄洪量较大的拱坝。 滑雪道式泄水结构因滑雪道支垫型式的不同，有重叠式泄流和支撑结构泄水两种布置型式;重叠式泄流布置 坝身泄水建筑物与发电主厂房在顺河向呈依次布置，在高度上呈双层布置。属于这种布置的有厂房顶溢流和厂房前挑流等。这种布置的最大优点在于布置紧凑，解决了狭窄河谷中拱坝～厂房一泄洪布置问题。另外，这种布置也可以将水流挑送得比较远，落点和水舌的空中轨迹较易控制。; 支撑结构泄水系 指在拱坝下游用支撑结构架设滑雪道的泄水布置。作为支撑结构，既可以是混凝土支墩，也可以是混凝土拱桥，支撑结构滑雪道可布置于坝后厂房的一侧或两侧，与厂房并列布置，这种结构的优点是布置相对灵活，可以根据工程需要将水流挑送很远，较重叠式泄流结构明确简单，施工相对容易。;当坝后河床满布厂房时，滑雪道则不得不设置于岸坡上。如果厂房的两侧或两岸坡上都设置滑雪道，一般都采取对称布置，以取得左右两条泄水道碰撞对冲消能。 ;(五)坝身孔口泄流 ;上翘型中孔口 ;如果拱坝坝身设有多个泄水孔，为了取得下游消能的效果，各泄水孔的出口高程可以相互错开，不一定非处于同一高程。右图为我国二滩双曲拱坝，高240m，坝身设有6个出口断面为宽6m、高5m的上翘型中孔，出口就分布在三个不同的高程， ;拱坝的消能与防冲措施 ;(2)挑流式消能 鼻坎挑流式、滑雪道式和坝身泄水孔式大都采用各种不同形式的鼻坎，使水流扩散、冲撞或改变方向，在空中消减部分能量后再跌入水中，以减轻对下游河床的冲刷;凤滩空腹重力拱坝，有13个溢流坝段采用高低坎挑流，水流在空中对撞消能;(3)底流消能。对重力拱坝，有的也可采用底流消能。;（二）提高消能效果的工程措施 ;（2）采用新型高效的挑流鼻坎和新型的消能型式 挑流鼻坎所采用的型式多种多样，目前常用的比较新型的挑坎体形有扩散坎、连续坎、差动坎、斜挑坎、扭曲坎、高低坎、窄缝坎、分流墩和宽尾墩等。 采用的新型消能工的型式可分为三大类，即收缩式(窄缝挑坎和宽尾墩)、扩散式(大差动挑坎、斜切挑坎及舌型挑坎、短边墙扩散挑坎)、水舌碰撞式及水垫塘式。 新型挑坎和效能型式使高速射流的水股产生强烈变形，从而使空气中挑距段内的扩散、分散和消能作用大大增强。;窄缝挑坎适用于中高水头工程，特别适用于狭窄河谷。窄缝挑坎既可用于岸边溢洪道、泄洪洞，也可用于坝身表孔和深孔(底孔)。窄缝与宽尾墩(展宽闸墩尾部以形成收缩出口)已无明确界限。 宽尾墩系列消能工是我国自主发明的新型消能工，从70年代起做了大量的研究工作，并已广泛应用于工程中，可分为两类：①挑流式：如潘家口、隔河岩工程；②底流、戽流式：广泛用于中高水头、大单宽流量、低弗氏数水流的消能，如安康、岩滩、五强溪、水东、桃林口等工程。;大差动挑坎和异型挑坎是在常规的连续挑坎和差动挑坎的基础上发展而形成的扩散式消能方式。它是用变化挑坎的高程、位置、体型达到使水舌扩散并射入下游河床适合的区域，同时又避免挑坎本身发生空蚀。大差动挑坎和异型挑坎主要分为以下几类：①大差动挑坎：如白山、漫湾工程；②斜切挑坎及舌型挑坎：如鲁布革、东江、二滩、天生桥一级工程等；③短边