高坝泄流消能防护介绍

我国水能资源丰富，全国水能资源理论蕴藏量6.94亿k W，技术可开发量5.42亿k W，经济可开发量4.02亿k W。截至2006年底，全国水能资源已开发1.28亿k W，占经济可开发量的32%。目前，水能资源开发的重点集中在西北的黄河上游，西南的金沙江、澜沧江、雅砻江、大渡河等干支流。我国西南、西北诸河流山高谷陡、洪水峰高量大、地质条件复杂，坝址选择及枢纽布置面临很多技术难题。水利水电工程枢纽布置是在充分研究水文气象、地质、施工条件基础上，选定坝型，协调好挡水建筑物、泄水建筑物和引水发电建筑物之间的关系，通过技术经济比较，获取综合较优的枢纽布置方案。

水利水电工程挡水、泄水和发电三大建筑物布置中，泄水建筑物布置及泄流消能结构选择尤为重要。因为筑坝壅高水库水位，泄水建筑物泄流时，携带巨大能量，必须在坝下河床较短距离内集中消杀，如果处理不慎，会造成泄水建筑物破坏，从而影响水电工程的安全运行。因此，高水头、大流量泄水建筑物是保障水电工程安全并充分发挥经济效益的关键。另一方面，泄水建筑物和消能建筑费用很高，有的工程甚至占到水工建筑物费用的1/3。因此，精心布置、精心研究、精心选择泄水建筑物和消能结构尤为重要。

受河流的水文特性和地形、地质条件的影响，我国一般大型工程枢纽的泄流消能建筑物具有以下特点：

（1）水头高：如二滩工程坝高240m，锦屏305m，小湾和溪洛渡工程接近300m。泄流水头一般为坝高的0.5～0.8倍，流速大（一般均超过30m/s，有的超过50m/s），高速水流问题十分突出。

（2）流量大：国外高坝设计泄量超过10000m3/s的工程不多，我国高坝多数设计泄量超过10000m3/s，二滩工程已超过20000m3/s，溪洛渡工程超过40000m3/s，三峡工程通过坝身泄水建筑物的泄量接近80000m3/s。

（3）河谷狭窄，导致泄水建筑物单宽流量大，过去一般认为100～150m3/（s·m）已属大单宽流量，目前由于消能技术的发展，单宽流量已突破200m3/（s·m），少数接近300m3/（s·m）。

（4）泄流功率巨大，下泄功率达数千万千瓦至上亿千瓦。如此巨大的能量需要安全泄放和消杀，使泄流消能任务相当繁重，给消能防冲设计带来极大的困难，成为筑坝的关键技术难题之一。(www.xing528.com)

高水头、大流量泄水建筑物消能方式主要有两大类。一类是大流量、较宽河谷泄水工程，或由于地质条件、环境因素限制，主要采用底流消能工。国外，高坝消力池采用底流消能最高坝为印度的特里面板堆石坝，坝高为260.5m。我国的五强溪、安康、向家坝、官地等水电站都采用了底流消能工。另一类高水头、大流量、窄河谷泄水工程，主要采用挑（跌）流消能，如东江、龙羊峡、二滩、溪洛渡、锦屏一级、白鹤滩等。国内外采用底流、挑流消能工程的部分高坝见表1.1。对于大流量、较宽河谷底流消能问题，我国结合安康、五强溪、岩滩等水电工程，研究开发出宽尾墩技术，大大增强了消力池（戽）消能效果。结合向家坝工程，开发了带小跌坎的淹没流射流消能工程，降低消力池临底流速和动水荷载，提高消力池安全度。

表1.1　国内外部分高坝工程统计表

对于高水头、大流量、窄河谷泄流工程，我国学者结合东江、龙羊峡等水电工程，研究应用了扭曲鼻坎、窄缝式消能工等。近年来，随着二滩、小湾、溪洛渡、锦屏等高拱坝工程的建设发展，我国开发了高拱坝泄流消能新技术，采用表、深孔和泄流洞分散泄水、分区消能、坝下水垫塘集中防护措施，较好地解决了高拱坝泄流消能技术难题。

毋庸置疑，以往大型水电工程泄流消能研究的重点在于泄流消能建筑物布置和新型消能工开发研究，研究的目标是尽最大可能将高速水流动能消杀于进入下游河道前或分散于下游河道中，或加强消能区水体紊动消能。以此为目的，开发出各种消能工，如鼻坎高低差动布置，上下、左右挑射水舌对冲消能，窄缝消能，宽尾墩消能等。通过改变挑射水舌形状，增强水体与空气的摩阻和水舌入水后混掺，增强消能效果，减轻消能防护结构和下游河床冲刷。

但一些新型消能工的采用，不可避免地带来一些环境影响问题。如泄流时形成的局部暴雨引起山体滑坡，泄流泥雾影响电气设备运行，空气湿度增加可能使特殊产品生产环境恶化等。因此，采用合适的泄流布置方式，选取适应的消能防冲结构，采取分散泄水、分区消能、重点防护成为高坝、大流量泄流工程设计的趋势。基于此，对高坝泄流消能结构安全研究，显得越来越重要。