明流泄槽段体型的优化设计

由于导流底孔工作水头变幅较大,下游尾水位较高,明流泄槽段工作条件很差,体型设计相当困难,为此曾对以下三种方案作了大量试验研究,进行了详细论证比较。

(1)原技术设计方案,明流段底板采用抛物线及1∶5.5陡坡,接R=30m的反弧,末端为40°挑角,挑坎顶高程为55.0m,见图6.2。水流从短管出口射出后,经过较大的跌落和升起再与下游衔接。从试验成果看,虽然能满足截流、导流、泄洪各项指标的要求,但明槽段内流态不能令人满意,尤其在截流、导流的中、低水位期间,库水位98m以下,水流基本上在坝内的反弧段中旋滚,时而封闭洞顶,形成明满流流态。

图6.2　短管原技术设计方案剖面

(注:高程、桩号单位:m,尺寸单位:cm)(www.xing528.com)

(2)修改方案。为了改善明流段流态,修改途径主要在于减缓底坡、减小挑射角度,增加水平分速和减小能量损失,使水流保持足够的能量冲出坝外。经过优选后,设计方案选用了1∶16的底坡和25°挑角,见图6.1。这一方案使流态大为改善,缓底坡在各种库水位下,坝内都不发生旋滚,只在上游高水位(135～140m)下,旋滚进入出口检修门槽附近,但不封顶。

(3)短管开天窗方案。为了进一步解决出口附近存在的旋滚,防止封闭出口造成明满流流态,设计方面提出将表孔反弧缩短,从桩号20+105m退至20+072m,底孔顶部形成33m长天窗,并将深孔鼻坎向上游推移10m,使与下游坝面齐平,取消底孔鼻坎下游的门槽,改用反钩式封堵门,如图6.1所示。

这一方案增加了运行安全性,在高水位135.0～140.0m下,只有当三斗坪水位在77.0～78.5m时,旋滚上游端才接近明流段出口,而这种机会是比较少的。出口处门槽的取消,大大改善了流态,消除了空化源。因此,这一方案成为推荐的短管方案。

明流泄槽段的优化过程,经历了大量试验选比:泄槽底坡比较过平底、1∶5.5、1∶7.7、1∶16、1∶36等各种坡度;末端挑流鼻坎角度比较过10°、20°、25°、32°、40°等各种角度。对于不同时期的导流要求,明槽内的流态有较大差别,缓底坡、小挑角对上游在低水位运行有利,而大坡度、大挑角对上游在高水位运行有利,为了兼顾底孔导流和泄洪的各种工况,选用了底坡1∶16和挑角25°的基本型式。