CN102733361B - 窄河谷、深尾水的高拱坝泄洪消能结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窄河谷、深尾水的高拱坝泄洪消能结构，在坝身上布置有上层孔口和下层孔口，在坝的下游不需设置二道坝以形成封闭的水垫塘，仅需设置混凝土护坦和两岸护岸。上层孔口采用较小角度的挑角及较小角度的俯角组合出流，下层孔口采用平底角、两侧收缩、竖向扩散的窄缝式出流，上层孔口和下层孔口的下泄水流在空中不碰撞。可取消设置二道坝；控制上层孔口出流为较小的角度，以控制水舌落点和雾化的程度及范围。本发明充分利用了三维空间分散消能及下游消能区水深的特点，简化了消能及防护设施结构型式，减轻了对生态环境和枢纽区边坡的破坏和影响、降低了施工难度、减小了工程量和工程投资，获得了良好的社会效益和经济效益。

Description

窄河谷、深尾水的高拱坝泄洪消能结构

技术领域

本发明涉及一种水利水电工程中的泄洪消能结构，尤其是涉及一种峡谷区中窄河谷、深尾水的高拱坝泄洪消能结构。

背景技术

拱坝一般设置在峡谷地区，高拱坝通常采用坝身分层设置孔口泄洪，将下泄水流在空中碰撞或将水舌拉开在空中进行部分消能；为解决下游消能区河床底部的防护问题，往往布置有二道坝形成封闭的水垫塘以提供消能所需的水深，下泄水流跌入水垫塘后进行消能。

但是，上述方法往往使泄洪雾化影响程度及防护范围较大，对生态环境和枢纽区边坡的破坏和影响较大，消能结构复杂，施工难度大，防护工程量和工程投资较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能降低对下游消能区水深要求，且消能充分，能有效地降低泄洪雾化影响范围及程度，防护结构简单的窄河谷、深尾水的高拱坝泄洪消能结构。

本发明所采用的技术方案是：一种窄河谷、深尾水的高拱坝泄洪消能结构，包括坝身：在坝身上设置有上层孔口和下层孔口，在大坝的下游设置混凝土护坦和两岸护岸，上层孔口和下层孔口在平面上相互间隔布置，使下泄水流分层和大差动出流，出射水舌在空中不碰撞，横向不扩散，水舌在纵向和竖向拉开，下泄水舌落点分散不叠加。

所述上层孔口采用角度0°～15°的挑角和角度0°～－15°的俯角组合出流；下层孔口采用平底角、两侧收缩、竖向扩散的窄缝式出流。

在大坝的下游形成范围为15m～50m水深的消能区，不设置二道坝。

所述消能区防护采用了长护岸、短护坦的结构型式，所述混凝土护坦长度短于两岸护岸的长度。

本发明的有益效果是：通过合理设置泄洪消能建筑物上下层孔口位置和体型，采用纵向和竖向充分拉开，横向不扩散、水舌不叠加的方案，提高了空中消能率，实现了利用狭窄的空间进行分散消能的目标；由于利用三维空间进行了部分消能，有效地减少了进入下游消能区的能量，从而降低了对下游消能区水深要求，加之消能区具有的较深的尾水而满足消能需要，可取消设置二道坝；控制上层孔口出流为较小的角度，以控制水舌落点和雾化的程度及范围。本发明充分利用了三维空间分散消能及下游消能区水深的特点，简化了消能及防护设施结构型式，减轻了对生态环境和枢纽区边坡的破坏和影响、降低了施工难度、减小了工程量和工程投资，获得了良好的社会效益和经济效益，具有广泛的指导意义和推广意义。

附图说明

图1为本发明的平面示意图。

图2为本发明上层孔口的平面示意图。

图3为图2中A—A剖视图。

图4为图2中B—B剖视图。

图5为本发明下层孔口的平面示意图。

图6为图5中C—C剖视图。

图中：

1——坝身；

2——上层孔口；

3——下层孔口；

4——混凝土护坦；

5——两岸护岸；

6——上层孔口表孔入水落点；

7——下层孔口中孔入水落点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1-6所示，本发明的窄河谷、深尾水的高拱坝泄洪消能结构，包括坝身1在坝身上设置有上层孔口2和下层孔口3，使下泄水流分层和大差动出流，在大坝的下游设置混凝土护坦4和两岸护岸5。其中2a为较小角度的挑角结构的上层孔口，2b为较小角度的俯角结构的上层孔口。下层孔口3为平底角、两侧收缩、竖向扩散的窄缝式中孔。

为了降低泄洪雾化影响的强度和范围及控制水舌落点位置，上层孔口2采用较小角度的范围为0°～15°的挑角、及较小角度的范围为0°～－15°的俯角组合出流；下层孔口3采用平底角、两侧收缩、竖向扩散的窄缝式出流。

河床宽度狭窄，为降低泄洪雾化影响的强度及范围，充分利用狭窄的三维空间发散出射水流、掺气消能，提高空中消能率，上层孔口2和下层孔口3在平面上相互间隔布置，出射水舌在空中不碰撞、横向不扩散、水舌在纵向和竖向拉开，下泄水舌落点分散不叠加。

消能区可形成范围为15m～50m的较深的尾水，通过合理的设置泄洪孔口位置、高程及出口体型，控制下泄水舌空间分布状态及落点，分散消能，减少了消能区单位面积的能量。由于消能区可自然形成深尾水而满足消能需要，因而不需设置二道坝形成封闭的水垫塘以加大水深消能，仅需设置混凝土护坦和两岸护岸。

消能区防护采用了长护岸、短护坦的结构型式，混凝土护坦长度4短于两岸护岸5的长度。

下面结合具体实施例进行详细说明：

某中型水电站工程，大坝为拱坝，最大坝高107m。大坝校核洪水入库洪峰流量5650m³/s，下泄流量为5046m³/s；设计洪水入库洪峰流量3530m³/s，下泄流量为3152m³/s；消能防冲建筑物洪水入库洪峰流量3090m³/s，下泄流量为2728m³/s，最大泄洪水头69.6m，相应泄洪功率约3500MW。坝址区河谷狭窄，枯水期河床宽度为30～40m，两岸岸坡陡峻，河谷断面为“U”字形，为典型的峡谷河段。坝址区两岸边坡总体稳定性较好，受断层影响的岩体比较破碎，表层并存在一定程度的卸荷，泄洪过程中水流的冲刷和雾化作用对两岸的岩体会起到一定的软化作用，尤其受断层和长大裂隙影响的部位易产生局部坍塌，因此，应控制运行期坝身泄洪雾化程度，以减少对下游边坡的不利影响。由于泄洪建筑物泄洪时可在下游消能区自然形成15～50m的较大水深，因此应利用工程可自然形成深尾水的有利条件，考虑优化泄洪及消能防护结构，以尽量简化施工、降低工程难度、节省工程投资。

如图1至图6所示，泄洪建筑物采用在拱坝坝身1上设置两层孔口，上层孔口2为3个表孔，下层孔口3为2个中孔。由于河床宽度狭窄，为控制出射水流的落点位置使之在平面上错开不碰撞、不叠加，表孔出口角度采取了挑角和俯角相间布置的方式：中间的2b为表孔俯角结构、两侧的2a为表孔挑角结构；为降低雾化影响强度和范围，应控制出口采用较小的角度：挑角采用10°、俯角采用-9°。中孔采用平底角、两侧收缩、竖向扩散的窄缝式出流，采用平底角出流控制水舌落点位置不致过远，以减少防护范围；中孔孔口出口宽度在5m范围内由5.5m缩窄为2.4m；竖向顶面向上在5m范围内渐变增加了3.3m、底部向下下跌了10～15m，使出射水流在纵向和竖向拉开。通过合理分配及调整上层3个表孔和下层2个中孔的下泄能量，加之控制出射水流的落点、使之在纵向和竖向充分拉开，利用空间掺气分散消能，提高空中消能率，保证进入消能区的水流能量在自然形成的下游水深允许的范围内。

上层孔口2和下层孔口3同时泄流时，由于合理的设置泄洪孔口位置、尺寸、高程及出口体型，使上下层下泄水流能量分配均衡、在空中未碰撞，水流三维立体分散并充分掺气，提高了空中消能率，有效地减低了泄洪雾化强度和影响范围，也降低了进入下游消能区的能量，从而降低了对下游消能区水深要求。

由于消能区河床狭窄，泄洪时在下游自然形成了15m～50m较深的水垫，下泄水流进入消能区河道后，消能充分，形成的冲坑较浅，范围较小，不必设置二道坝以壅高水深即可满足泄洪安全要求。

为防止下泄小流量时对坝脚的淘刷，仅设置了长度为40m的混凝土短护坦，考虑雾化的影响，两岸混凝土护岸的设置长度长于护坦，长度为60m。

本发明通过在拱坝的泄洪建筑物布置中合理地设置孔口位置、高程及出口体型，调整下泄水舌空中分布状态及落点，使水舌横向不扩散、纵向和竖向拉开、空中不碰撞、下泄水舌落点分散不叠加，提高空中消能率，减少了消能区单位面积的能量、从而降低了消能对下游水深的要求、降低了下游河床冲坑深度和泄洪雾化影响及范围，因此减少了河床和两岸防护范围；同时利用下游河谷狭窄、能自然形成水深较大的水垫的特点，取消了二道坝，简化了结构，减轻了对生态环境和枢纽区边坡的破坏和影响、降低了施工难度、节省了工程量和投资。本泄洪消能型式适用于峡谷区窄河谷、下游水深较大的高拱坝工程的泄洪消能设计。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (1)

1.一种窄河谷、深尾水的高拱坝泄洪消能结构，包括百米级坝身(1)，其特征在于：在坝身(1)上设置有上层孔口(2)和下层孔口(3)，在大坝的下游设置混凝土护坦(4)和两岸护岸(5)，上层孔口(2)和下层孔口(3)在平面上相互间隔布置，使下泄水流分层和大差动出流，出射水舌在空中不碰撞，横向不扩散，水舌在纵向和竖向拉开，下泄水舌落点分散不叠加；所述上层孔口(2)采用角度0°～15°的挑角和角度0°～－15°的俯角组合出流；下层孔口(3)采用平底角、两侧收缩、竖向扩散的窄缝式出流；在大坝的下游形成范围为15m～50m水深的消能区，不设置二道坝；所述消能区防护采用了长护岸、短护坦的结构型式，所述混凝土护坦(4)长度短于两岸护岸(5)的长度。