坝身泄流布置及流量分配方案

1.1.1.1 泄流设施布置

综合近些年的研究成果，在泄流消能方案的选择和空间布置方面，对于泄量大、水头高、窄河谷的枢纽，应采取“分散泄流、分区消能、按需防护”的原则。尤其对于泄量大、水头高、河道狭窄的枢纽，限制坝身泄流水流的入水宽度和入水单宽流量，消能区尽量沿河床纵向拉开，以利于拱坝坝肩稳定和两岸边坡的稳定。对于坝身泄流（尤其是拱坝），在消能要求上的指导思想可归结为“分层多孔，上下差动，水流撞击”的布置形式。水舌纵向分层拉开，单体横向扩散，总体入水归槽。表孔出口取大差动布置，靠出口挑角不同拉开水舌挑距，中孔进、出口立面分层（不同高程），以尽量增加水舌入水范围，尽可能多地利用水垫塘水体来消能。表孔、中孔联合泄流时采取水舌空中碰撞消能的方式，以能够有效地消除水流的能量，但也可能产生严重的雾化问题，应当充分考虑。

根据坝高、体形、泄流流量、泄流方式（如溢洪道、泄流洞等）、电站厂房位置、坝址地形、地质、施工条件、施工期导流及度汛的要求等，经综合比较选定。在泄流消能建筑布置时应考虑以上几个原则[2 4]。

我国已建的高坝一般都布置成表孔、中孔和底孔的型式，如三峡、二滩、白山等。

表孔作为主要的泄流建筑物，具有超泄能力强的特点。对于重力式混凝土坝，表孔一般采用挑流消能方式；对于薄拱坝，则采用跌流消能方式。中孔水流的特点是出口流速较大、水舌落点较远、容易实现纵向分散。底孔主要作为施工期和水库蓄水初期的导流和泄流建筑物，为大坝的检修、紧急降低水库水位、冲沙等服务。

为了适应消能要求，表孔和中孔的水舌常设计成分层状态，或者形成表孔、中孔水舌的空中碰撞，以减轻水垫塘或下游河床的消能负担，如图1.1所示。二滩、构皮滩等一大批高拱坝也相继采用这种布置方式。

图1.1　坝身泄流表孔、中孔水舌形态

1.1.1.2 泄量分配(www.xing528.com)

高坝枢纽各泄流建筑物（表孔、中孔、岸边）的泄量分配是否合理，直接影响泄流消能总体设计方案的可行性。制约泄流建筑物布置的因素主要有地形及地质条件、建筑物相互间的位置关系、泄流流量、运行要求、坝型以及坝下游河道所能承受的能力。各建筑物所占泄流总量的比例，应满足在中小洪水时增加削峰能力和提高泄流设施的运作灵活性。大洪水时，应有足够的超泄能力，保证泄流设施泄流的可靠性和安全性。综合考虑坝身孔口的布置方式及泄流隧洞或溢洪道的泄量规模，并适当考虑机组参与泄流的工况，通过调洪演算，合理分配泄量。

坝身表孔、中孔作为主要泄流建筑物参与枢纽泄流，深孔和底孔则承担部分泄流任务（水库蓄水初期、施工期、大坝检修、紧急降低水库水位、冲沙等）。因此，坝身泄流主要讨论表孔和中孔的泄量分配问题。从消能角度，表孔、中孔泄流流量之比直接影响消能效果。为了增加表孔、中孔联合泄流时水舌碰撞分散的效果，在合理选择表水舌、中水舌出坎角度，以期达到最佳水舌碰撞角度的前提下，表水舌、中水舌的泄量比选择要适当。理论和实践都证明表孔、中孔泄量比在1.0左右消能效果最佳最好[5]，一般应控制在1.5左右，否则泄量比过大水舌碰撞分散效果差[6]。

当有岸边泄流设施（泄流隧洞或溢洪道）时，表孔、中孔、泄流洞（溢洪道）的泄流量以大致各占1/3为宜。其优点是每种泄流设施都能满足下泄常遇洪水的需要，形成互补，运用起来比较灵活。表1.2是国内部分工程各泄水建筑物流量分配，可以看出，三种泄流建筑物所占泄流总量的比例大致为各1/3的关系。根据不同工程的水文、地质、地形等特点，泄流建筑物（表孔、中孔、岸边）的使用方式各有不同，在任何一种建筑物单独泄流无法满足要求时，经常采用联合泄流的方式。前苏联西门柯夫（V.M.Semenkov）基于400多个工程泄流建筑物的研究结果，提出各种建筑物的使用范围与下泄流量功率N与河谷的相对宽度L/H的关系，如图1.2所示（图中L与H分别为坝顶长和坝高，单位为m）。

表1.2　国内部分工程各泄水建筑物流量分配单位：m3/s

图1.2　泄流功率与河谷相对宽度的关系

Ⅰ—泄洪洞；Ⅱ—陡槽式溢洪道；Ⅲ—表孔溢流坝和坝身孔口；L—坝顶长度（m）；H—坝高（m）；N—0.0098QZ（MW）；●○—小湾；▲△—二滩；■□—构皮滩；φ—莫西罗克

我国近些年修建的高坝，大都采用坝身与岸边各种泄流建筑物的组合泄流方式，如二滩、溪洛渡、小湾等，并获得较高水平的成功。组合式泄流可利用各建筑物的合理调度，充分发挥各自的优势，获得最优的水力条件，确保枢纽和消能建筑物的安全运行。