来源:水利工程质量
通过泄水建筑物末端的鼻坎,将下泄的高速水流挑向空中,然后跌入下游河道的消能方式。挑流消能是依靠水流在空中的扩散、与空气的摩擦和掺混、跌入水垫时的扩散与碰撞,以及在水股两侧形成的漩滚等,消耗分散水流的能量。 挑流消能不需保护下游河床,设计施工简便,工程量少,投资省,能适应下游水位的较大变幅和便于检修。但下游水流波动大,当河床基岩破碎时可能造成严重冲刷,河床狭窄、岸坡陡峻时,可能引起岸坡塌滑。冲刷或塌滑的堆积物可能影响航运,或壅高尾水,降低水电站出力。挑流时在空中产生的雾化现象,对交通、输电和生活条件带来不利影响。挑流消能多应用于高、中水头泄水建筑物,特别是水垫区的岩石比较完整、抗冲能力较强的工程。
通过泄水建筑物末端的鼻坎,将下泄的高速水流挑向空中,然后跌入下游河道的消能方式。挑流消能是依靠水流在空中的扩散、与空气的摩擦和掺混、跌入水垫时的扩散与碰撞,以及在水股两侧形成的漩滚等,消耗分散水流的能量。
挑流消能不需保护下游河床,设计施工简便,工程量少,投资省,能适应下游水位的较大变幅和便于检修。但下游水流波动大,当河床基岩破碎时可能造成严重冲刷,河床狭窄、岸坡陡峻时,可能引起岸坡塌滑。冲刷或塌滑的堆积物可能影响航运,或壅高尾水,降低水电站出力。挑流时在空中产生的雾化现象,对交通、输电和生活条件带来不利影响。挑流消能多应用于高、中水头泄水建筑物,特别是水垫区的岩石比较完整、抗冲能力较强的工程。
挑流消能工的类型,按鼻坎形式可分为连续式、差动式和扭曲式等。连续式鼻坎构造简单,坎上水流平顺,不易产生空蚀,水股挑距远;
挑流消能设计要尽量满足挑距远、水股入水角小、水股在空中扩散和掺气程度大等要求。设计内容包括:选定鼻坎形式、反弧半径(R)、坎顶高程和挑角(θ),估算水舌挑距、冲坑最大深度以及对建筑物和岸坡的影响等。对于连续鼻坎,一般取R>(4~10)h,h为校核洪水位闸门全开时反弧段最低处的水深,流速高或单宽流量大时R选用大值;(θ)一般选用15°~30°,要求配合R能取得较远挑距;坎顶高程应能保证自由挑流。对于差动鼻坎,要注意齿坎形式的选择,当坎上流速大于16~18 m/s时,应合理选择齿形坎与槽坎的挑角差及各自的R,以防齿形坎侧壁发生空蚀,必要时采用通气减蚀措施。挑流消能的水舌挑距(L)按水外缘计算(见图),计算公式为
式中,g为重力加速度,m/s 2 。其余符号的意义见图。
岩基河床冲坑深度t(m),可按下列经验公式估算:
式中,q为单宽流量,m 3 /(s·m);k为冲坑系数,坚硬完整的基岩k=0.9~1.2,坚硬但完整性较差的基岩k=1.2~1.5,软弱破碎或裂隙发育的基岩k=1.5~2.0;Z、h t 的意义见图。
溢流坝的挑流消能示意图
L及t的计算,目的是审查冲坑是否会影响坝体和地基的稳定。大泄量、高水头、地质条件不良或采用新的鼻坎形式的工程,其挑流消能的设计需通过水工模型试验验证。为防止小流量时对挑坎下游的局部冲刷,对挑坎下游应予以保护。
挑流消能自1933年西班牙里科贝约(Ricobayo)枢纽左岸溢洪道首先采用以来,已广泛应用于岸边溢洪道、溢流坝、泄水孔、泄洪隧洞和顶部溢流的厂房等建筑物中。中国高水头泄水建筑物中采用尤多。乌江渡水电站的全部泄水建筑物均采用挑流消能,其中左岸泄洪隧洞最大单宽流量为240 m 3 /(s·m),最高水头104 m,反弧段最大流速达43.1 m/s。